Seleção de termoplásticos e processo multimateriais para projeto de utensílios domésticos bi-componentes

Abstract

Introduzir novos materiais e transformá-los em produtos diferenciados, por meio de processos adequados, é um dos desafios da área de desenvolvimento de produtos. Este estudo detalha o projeto de utensílio doméstico - colher para preparo alimentos - com propostas de substituição dos materiais empregados convencionalmente no mercado, com a premissa de explorar o toque suave e a flexibilidade da forma que os Elastômeros Termoplásticos (TPEs) podem proporcionar. O presente trabalho descreve diferentes tipos de processos industriais de injeção multimateriais, destacando critérios para a seleção adequada do processo. Foi empregada a metodologia de seleção de materiais de Ashby, complementando métodos projetuais de design de Bonsiepe. Foi realizada uma comparação de materiais computadorizada com o software Cambridge Engineering Selector, a fim de comparar propriedades relevantes para a função estrutural e pelas restrições de resistir a temperaturas elevadas, decorrente do uso no processo de cozimento de alimentos. Além disso, foram realizadas análises com o software CAE SolidWorks Plastics, para simular o preenchimento das cavidades do molde com diferentes polímeros, analisando o tempo de preenchimento e resfriamento, pressão, temperatura, cisalhamento e rechupes. Os resultados encontrados com o software CES Selector, permitiram destacar duas possibilidades de seleção focada principalmente na resistência térmica. Os candidatos mais promissores encontrados foram o PA6 para a parte rígida e o TPA para a parte flexível ou PBT para a parte rígida e TPC para a parte flexível. Contudo, a classe de TPEs encontrou dificuldade em substituir o silicone com a mesma performance no critério de temperatura máxima de trabalho. Mesmo assim a combinação PA6 com TPA mostrou-se satisfatória. Já o resultado da simulação do processo de injeção apresentou-se promissor, devido ao bom preenchimento da cavidade. Os resultados indicam que a união do PA6 com o TPA é a melhor escolha, considerando o valor de mercado da resina, o módulo de elasticidade, a energia incorporada, a temperatura de trabalho e o processamento simulado da co-injeção da dupla de materiais.

Introduce new materials and turn them into differentiated products through applicable processes and one of the challenges of product development. This study details the design of the household utensil - food preparation spoon - with proposals for replacing conventionally used materials on the market, with the premise of exploring the soft feel and flexibility of how thermoplastic elastomers (TPEs) can use. This paper describes different types of industrial multi-material injection processes, highlighting the requirements for proper process selection. Ashby's material selection methodology was employed, complementing Bonsiepe's design design methods. A computerized material comparison was performed with the Cambridge Engineering Selector software, a comparison that includes the requirements for structural functions and high temperature resistance constraints resulting from use in the food cooking process. In addition, they were analyzed using CAE SolidWorks Plastics software to simulate or fill mold cavities with different polymers, analyze fill and cool time, pressure, temperature, shear and reapplication. The results found with CES Selector software allowed to highlight two selection possibilities focusing mainly on thermal resistance. The most promising candidates found were the rigid part PA6 and the flexible part TPA or the rigid part PBT and the flexible part TPC. However, one class of TPEs found it difficult to replace silicone with the same performance at the maximum working temperature criterion. Even so, the combination PA6 with TPA was satisfactory. It is already the result of the simulation of the injection process displayed, if due to the good filling of the cavity. The results that determine the union of PA6 with TPA are the best choice considering the resin market value, elastic modulus, incorporated energy, working temperature and simulated co-injection processing of the material pair.KEYWORDSproduct development; materials selection; household items; Thermoplastic Elastomers; multi-material injection process.