Como é que a expansão de espumas com CO₂ permite criar peças de plástico leves?
A formação de espuma com dióxido de carbono (CO₂) é um processo limpo que otimiza os volumes de matéria-prima e reduz o peso das peças plásticas. Esta tecnologia garante elevadas propriedades mecânicas em aplicações exigentes do setor automóvel ou da fabricação de embalagens. O conteúdo deste artigo explica as vantagens da formação de espuma com CO₂ para a redução de peso dos plásticos técnicos. O seu objetivo é oferecer respostas às questões colocadas pelos engenheiros de métodos ou engenheiros de produção relativamente à integração do CO₂ (padrão ou supercrítico) no âmbito de uma produção industrial.
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Highlights
• Utilização do CO₂ como agente de expansão para uma produção sustentável, em comparação com os agentes químicos tradicionais.
• Redução de peso e densidade das peças através da criação de microcélulas.
• Redução da força de fecho das prensas graças a uma maior fluidez.
• Eliminação das marcas de contração para garantir a estabilidade dimensional das peças.
Num contexto industrial europeu influenciado por normas rigorosas e por uma otimização cada vez mais exigente dos rácios de produção, a redução de peso dos plásticos representa uma solução amplamente utilizada. O sistema de formação de espuma com CO₂ responde às exigências industriais dos produtos técnicos. Com a introdução de dióxido de carbono no polímero fundido através de um equipamento adequado, esta técnica permite a produção de peças plásticas mais leves e de alta qualidade para os setores automóvel e da embalagem.
Princípios básicos da formação de espuma com dióxido de carbono
De que forma se integra o CO₂ numa produção industrial para a formação de espuma em plásticos?
A formação de espuma com CO₂ como agente de expansão caracteriza-se pela introdução de um gás, com o intuito de o misturar com a matéria plástica fundida para obter uma mistura homogénea, sendo depois introduzido na cavidade do molde. Quando a pressão é libertada, o gás forma células no produto plástico, o que representa uma maior vantagem. As microcélulas substituem o polímero, resultando numa redução do peso e da densidade do material, acompanhada por um aumento da resistência mecânica da peça.
O que é a formação de espuma com CO₂ supercrítico para plásticos?
Trata-se de utilizar o CO₂ em condições industriais acima do seu ponto crítico (74 bar, 31 °C) sob uma determinada temperatura. Nestas condições, as suas propriedades situam-se entre as de um gás e as de um líquido. Isto apresenta como vantagem uma solubilidade ideal nos plásticos, com uma difusão rapidamente homogénea, útil para a criação de microcélulas regulares durante a descompressão no molde. Esta etapa constitui a base da tecnologia de formação de espuma.
Características essenciais da tecnologia de formação de espuma com CO₂
Porque é que esta tecnologia melhora a estabilidade dimensional?
Ao contrário das tecnologias relacionadas a sistemas tradicionais, a formação de espuma por injeção de CO₂ exerce uma pressão uniforme devido à expansão do gás. Isto diminui consideravelmente as marcas de contração, bem como as deformações associadas às tensões internas dos materiais durante o arrefecimento a temperaturas mais baixas. As peças obtidas apresentam uma precisão geométrica superior, indispensável para montagens complexas nos setores da eletrónica ou automóvel, que exigem tolerâncias cada vez mais estreitas.
Esta tecnologia pode ser utilizada em todas as peças de plástico?
Integrar a formação de espuma por injeção de CO₂ numa produção exige a revisão do caderno de encargos, de modo a incluir os parâmetros associados à formação de espuma numa instalação industrial. A conceção das peças precisa de ser reavaliada, dado que a geometria, bem como a espessura das paredes, influenciam a técnica de formação de espuma. Esta aplicação é facilmente utilizada em espessuras padrão de 2 mm; por outro lado, a redução de peso em componentes com paredes de apenas alguns décimos de milímetro constitui um desafio.
As aplicações industriais da formação de espuma com CO₂ em plásticos
Qual é o papel da formação de espuma com CO₂ relativamente às tolerâncias dimensionais?
A expansão do gás atua como uma pressão multidirecional na cavidade do molde. Este fenómeno compensa a contração volumétrica do polímero durante o arrefecimento, resultando na redução ao mínimo das tensões nos materiais, eliminando o empenamento, bem como as marcas de contração nas nervuras ou zonas de grande espessura. Este melhor controlo das tolerâncias geométricas reduz drasticamente o refugo de produção na fabricação de peças técnicas.
Que polímeros podem utilizar esta tecnologia?
Quase todos os termoplásticos, tais como o PP, o PA, o PC ou o ABS, podem utilizar a formação de espuma com CO₂. Antes de avançar, o industrial necessita de avaliar as características de solubilidade do CO₂ na resina. A quantidade de CO₂ absorvida por um plástico a alta pressão é inversamente proporcional aos valores de cristalinidade do plástico.
Exigências das normas europeias relativamente ao CO₂
O que é o CO₂ biogénico?
Trata-se de um subproduto da decomposição de matéria orgânica, resultante de etapas relacionadas com:
- Fermentação (produção de bioetanol).
- Digestão (produção de biometano).
- Reformação a vapor do metano alimentada por biogás.
Ao utilizarem o dióxido de carbono biogénico para a formação de espuma, os industriais otimizam o Âmbito 1 (Scope 1) e o Âmbito 3 (Scope 3) da sua produção. Ao contrário do CO₂ fóssil, o CO₂ biogénico tem um impacto neutro no clima, pelo que não necessita de ser declarado nas emissões fósseis.
Como responder às exigências do regulamento REACH?
O CO₂ não integra a lista europeia de substâncias que suscitam elevada preocupação (SVHC - Substances of Very High Concern) do regulamento REACH. A sua utilização não emite compostos orgânicos voláteis (COV), o que significa que os industriais que utilizam a formação de espuma com CO₂ optaram por uma estratégia proativa para garantir, a longo prazo, a conformidade regulamentar face aos critérios impostos.
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