Correlação entre estrutura e propriedade do polietileno com a sinterização no processo de rotomoldagem

Abstract

A rotomoldagem é a forma de transformação do polietileno que mais cresce no Brasil e por ser relativamente nova, ainda tem muito para se desenvolver tecnicamente. Esse processo é capaz de produzir peças ocas de grandes dimensões e formas que são inviáveis por processos como sopro, injeção, entre outros. Os moldes e as máquinas estão avançando no sentido de melhor qualidade de acabamento, fechamento, controle do processo, eficiência nos fornos, novas técnicas de resfriamento etc. Com isso, os fabricantes de resina precisam acompanhar a evolução e projetar resinas com características que atendam plenamente os crescentes requisitos por ciclos mais rápidos, menor empenamento, acabamento superficial e propriedades mecânicas da peça final. O polietileno (PE) figura como a principal matéria-prima empregada na rotomoldagem (~90%). Devido à relevância do PE nessa aplicação, é de fundamental importância o conhecimento da relação entre a sua estrutura e o desempenho no ciclo de processamento, que é basicamente dividido em quatro etapas: carregamento, aquecimento, resfriamento e desmoldagem. A sinterização ocorre dentro da etapa de aquecimento, onde se dá a formação da peça e, consequentemente, é determinante no tempo de ciclo de processamento, bem como nas propriedades mecânicas que a peça pode alcançar. A proposta deste trabalho foi correlacionar a estrutura do polietileno com o seu desempenho na sinterização, através da comparação entre três resinas de PE que deveriam apresentar desempenho semelhante visto que possuem propriedades básicas (Índice de fluidez e densidade) similares. Outro objetivo foi o desenvolvimento de um método para medir o processo de sinterização e prever o comportamento prático das resinas. Os resultados mostraram que este método apresenta boa correlação com resultados práticos. Em relação às questões estruturais, a distribuição de comonômero homogeneamente ao longo das cadeias de diferentes tamanhos mostrou-se como fator determinante no desempenho de sinterização. A mesma impacta na cristalinidade e consequentemente reduz a temperatura de fusão, possibilitando que a sinterização inicie em temperatura menor. Além disso, observa-se também uma relação com o módulo de relaxação, também afetado pela distribuição de comonômero.

The rotational molding is the polyethylene processing with the biggest growth rate in Brazil and due to its youth, has a lot to be technically developed. This processing is capable to produce big hollow parts with shapes unviable by processing like blown molding, injection molding, and others. Molds and machines are advancing in the direction of better finishing quality, joints, process control, oven efficiency, new cooling techniques etc... With it, resin producers have to follow this evolution and design resins that fully meet growing requirements for faster cycle times, less warpage, finishing and mechanical properties of the final part. Polyethylene (PE) represents the main raw material used for rotational molding (~90%). Due to this PE relevance, it is of fundamental importance the knowledge of the relation between its structure and the performance in the processing cycle, that is basically divided in four steps: charging, heating, cooling and demolding. Sintering happens within heating step, where the part is formed, and consequently are determinant for the cycle time, as well as the mechanical properties that the final part can achieve. The proposal of this work was correlate the structure of PE with its performance on sintering, throw the comparison of three PE resins that should present similar behavior considering its basic properties (melt flow rate and density). Another objective was the development of method to measure and predict practical performance of the resins. Results showed that the developed method presents good relation with practical results. Regarding structural matters, the homogeneity of comonomer distribution along different chain sizes has shown itself to be a determinant factor in the sintering performance. It impacts crystallinity and consequently reduces melting temperature, allowing the sintering to start at lower temperatures. Besides that, its seen a relation with the relaxation modulus, that is impacted by the comonomer distribution too.