Universidade federal de santa catarina – ufsc
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Atividades desenvolvidas3.1) Testes para substituição de matéria prima do pé de borrachaO TPE é um elastômero termoplástico à base de copolímeros estirênicos em blocos, com elevadas propriedades mecânicas e químicas, desenvolvidos para aplicações de alta performance. Sua excelente processabilidade aliada à facilidade de pigmentação possibilitam a obtenção de peças complexas que necessitem de bom acabamento visual, nas mais diversas cores, sejam sopradas, extrudadas ou injetadas. Os compostos são totalmente recicláveis, e livres de halogênios, metais pesados e substâncias tóxicas. Diferente das convencionais, as borrachas termoplásticas dispensam a mistura com cargas e a vulcanização. Elas podem ser processadas nos mesmos equipamentos utilizados para termoplásticos, o que permite elevada produtividade e custos operacionais baixos. São também totalmente recicláveis, permitindo o reaproveitamento e assim redução de custos de materiais. Por isso, apresentam grandes vantagens econômicas para os transformadores finais. As limitações das borrachas termoplásticas residem na resistência mecânica e térmica inferiores.
Os elastômeros termoplásticos são obtidos segundo os diferentes processos:
No primeiro caso, os elastômeros termoplásticos são obtidos através da formação de uma estrutura de copolímeros blocados, em que se alternam segmentos de cadeia flexíveis, que conferem as características elásticas, com segmentos de cadeias rígidas os quais agrupam-se em domínios, que a temperatura ambiente apresentam uma grande rigidez e coesão, desempenhando o mesmo papel das ligações entre as cadeias criadas na vulcanização, isto é, impedem o deslizamento dessas cadeias após a ação de um esforço aplicado, mas que, ao não estarem unidos por ligações químicas mas sim por interação física, perdem sua coesão ao elevar-se a temperatura acima da temperatura de transição vítrea (Tg), ou de fusão (Tm), na qual o material quente é capaz de fluir e pode ser conformado, bastando um simples resfriamento para que se fixe as características próprias do material. No segundo caso eles se originam da associação de um polímero semi-cristalino com um elastômero amorfo. A associação é realizada pela mistura física dos polímeros em um misturador interno (Banbury) ou em uma extrusora, a uma temperatura suficientemente elevada, para que a fase semi-cristalina seja fundida, devendo-se entretanto evitar superaquecimentos localizados que limitariam o cisalhamento da fase termoplástica e portanto a boa dispersão da fase elastomérica. 
Figura 2 - Processo de Obtenção do Composto Termoplástico. |
|
TPE |
Quantidade de Peças |
Quantidade de Material Utilizado (g) |
|
Pé de Borracha |
32 |
9,92 |
|
Canal de Injeção |
1 |
11,7 |
|
TOTAL |
|
21,2 |
Tabela 1 - Quantidade de Material (TPE) Utilizado na Fabricação dos Pés de Borracha.
São utilizados na empresa 18 mil pés de borracha por dia, o que equivale em média 450 mil pés por mês. Para tal produção são necessários aproximadamente 300 Kg de material, sendo que deste material apenas aproximadamente 140 Kg se transformam em pés de borracha, o restante é utilizado no canal de injeção, essa sobra é posteriormente moída e misturada com material virgem para uma nova produção.
O termoplástico TPE tem um custo de R$ 11,80 o quilo, se conseguirmos utilizar 50% de material moído, o custo de produção cai quase que pela metade.
-
TPO
Quantidade de Peças
Quantidade de Material Utilizado (g)
Pé de Borracha
32
9,92
Canal de Injeção
1
12,3
TOTAL
22,2
Tabela 2 - Quantidade de Material (TPO) Utilizado na Fabricação dos Pés de Borracha.
Já com as TPO’s seria utilizado um pouco mais de material, devido sua maior densidade, se comparado ao TPE. Então para a produção dos pés de borracha utilizando TPO’s seria necessário aproximadamente 313 kg de material por mês, e ter-se-ia 167 Kg de material para moer.
Com o preço de R$ 8,30 o quilo, a TPO se torna muito mais rentável para a empresa, e com a adição de 50% de material moído adicionado, trará uma economia muito maior.
3.1.5) Resultados dos Testes mecânicos - TPO matéria prima 100% virgem.
Teste na Câmara Climática
O produto deve ser colocado na câmara climática de acordo com os valores limite especificados pelo produto (umidade relativa e temperatura), em que é necessário para o funcionamento do mesmo.
I. Resultados
|
Amostra |
Visual |
Resultado |
|
1 |
Não apresentou mudança aparente |
APROVADO |
|
2 |
Não apresentou mudança aparente |
APROVADO |
Teste de Tração
Teste realizado para verificar a aderência do equipamento à mesa, em função dos pés de borracha e da tensão do cordão espiral do aparelho telefônico.
II. Resultados Deslocamento Horizontal
Amostra 1
|
|
Sem monofone |
Com monofone |
Resultado |
|
A |
214 gf |
143 cm |
APROVADO |
|
B |
220 gf |
170 cm |
APROVADO |
|
C |
247 gf |
170 cm |
APROVADO |
Amostra 2
|
|
Sem monofone |
Com monofone |
Resultado |
|
A |
200 gf |
170 cm |
APROVADO |
|
B |
207 gf |
144 cm |
APROVADO |
|
C |
202 gf |
154 cm |
APROVADO |
Resultado dos testes mecânicos - TPO matéria prima 50% virgem e 50% de matéria prima reprocessada.
Teste na Câmara Climática
I. Resultados
|
Amostra |
Visual |
Resultado |
|
1 |
Não apresentou mudança aparente |
APROVADO |
|
2 |
Não apresentou mudança aparente |
APROVADO |
Teste de Tração
II. Resultados Deslocamento Horizontal
Amostra 1
|
|
Sem monofone |
Com monofone |
Resultado |
|
A |
201 |
181 |
APROVADO |
|
B |
221 |
187 |
APROVADO |
|
C |
203 |
180 |
APROVADO |
Amostra 2
|
|
Sem monofone |
Com monofone |
Resultado |
|
A |
232 |
205 |
APROVADO |
|
B |
205 |
184 |
APROVADO |
|
C |
210 |
191 |
APROVADO |
3.1.6) Conclusão
Ao final de todos os testes, pode-se concluir que será possível fazer a substituição da matéria prima antiga, o termoplástico TPE, podendo usar a nova matéria prima, o também termoplástico, TPO, ambos testes realizados com o TPO foram aprovados pelo LCAP, sendo que as propriedades se mantém muito parecidas com o TPE, não trazendo grandes alterações para os produtos Intelbras. O processo ainda precisa ser aprimorado, pois ainda não chegamos nas condições ideais de processamento.
Esse projeto de substituição trará para a empresa uma redução de custos quase 20% ao ano, devido a matéria prima TPO possuir um preço menos elevado.
3.2) Teste de reaproveitamento do ABS com aditivo anti-chamas
Acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)
O ABS é um termoplástico amorfo derivado de acrilonitrila, butadieno e estireno. Este polímero consiste basicamente de duas fases, uma fase contínua, considerada uma matriz rígida e frágil, na qual está dispersa a fase elastomérica. Ele pode ser fabricado através de dois processos: um deles é a mistura mecânica, ou seja, blenda de copolímero SAN (Styrene Acrylonitrile) com borracha butadienoacrilonitrila, e o outro é o processo de interpolimerização de polibutadieno com estireno e acrilonitrila. Este último processo consiste em adicionar estireno e acrilonitrila ao polibutadieno, e esta mistura devidamente agitada, é aquecida à 50°C para permitir a absorção dos monômeros.
O polímero obtido é uma mistura de polibutadieno, polibutadieno enxertado com estireno e acrilonitrila e uma matriz de copolímero SAN. O butadieno fornece ao copolímero ABS resistência ao impacto e alongamento, a acrilonitrila resistência térmica e química e o estireno fornece brilho, moldabilidade e rigidez. Suas estruturas estão mostradas na figura abaixo.
Figura 4 - Fórmula Química Estrutural do ABS
3.2.1) Moldagem do ABS por injeção
Polímeros de ABS podem ser moldados por injeção usando ou parafusos recíprocos (vaivém) ou máquinas de imersão. A máquina de parafusos recíprocos é preferível já que fornece uma fundição mais homogênea. Pressões de injeção de 69 MPa a 138 MPa, geralmente são suficientes. Uma força de fechamento de aproximadamente 34,5MN (3800t)/m2 da porção de área projetada é recomendada.
Deve-se dar atenção especial para o uso adequado das condições de processamento. A seleção destas condições podem ser tão importantes para a performance do produto final quanto à seleção inicial do material do ponto de vista de uma propriedade. Recomenda-se para o processamento do polímero ABS uma faixa de 180 a 200ºC, dependendo da classificação específica. As temperaturas dos moldes geralmente são para começar a suprir o aumento progressivo do perfil de temperatura dos fundos à zona frontal, como indicado na tabela abaixo:
|
Localização |
Alcance de Temperatura (ºC) |
|
Cilindro traseiro |
180-230 |
|
Cilindro central |
210-260 |
|
Cilindro frontal |
210-280 |
|
Bocal |
210-260 |
|
Matriz, Molde |
60 – 90 |
Tabela 3 - Perfil da Temperatura no Processo de Injeção
3.2.2) Desenvolvimento
Este trabalho terá como objetivo a reutilização das sobras de material decorrente do processo de injeção do ABS com retardante de chamas utilizado na fabricação de um produto Intelbras, a fonte chaveada. Este trabalho foi incentivado devido ao não aproveitamento do canal de injeção e das peças refugadas. Estas sobras são atualmente vendidas a baixo preço, como borra.
O ABS utilizado nos testes foi fornecido pela Sabic Innovative Plastics,possui alto fluxo e resistência ao impacto, pigmentado e moldado por injeção.
Todas as peças foram moldadas em uma injetora 200 toneladas na seqüência de temperaturas de 230, 220, 215, 215 e 200 ° C nas cinco zonas de aquecimento. A temperatura do molde foi de 50 ° C.
Foi injetado um lote teste, com 70% de ABS virgem e 30% desse mesmo material moído, já que essa porcentagem seria a ideal para que o processo se torne sustentável, e não haja sobra de borras.
As peças foram submetidas a vários testes, tais como: envelhecimento térmico, exposição a raios ultra violeta, testes de queda, testes de inflamabilidade entre outros testes de rotina do LCAP. Todos os testes foram comparativos, sendo realizados com peças injetadas com o ABS 100% virgem, e outras com 70% de ABS virgem e 30 % de material moído. Nesse segundo caso, como 30% do material já foi processado anteriormente, o material apresentará alguma forma de degradação, o que influencia de forma mais acentuada as suas propriedades.
A degradação de polímeros inclui todas as mudanças na estrutura química e nas propriedades físicas resultantes de tensões mecânicas externas. Geralmente, a degradação deteriora as propriedades mecânicas dos materiais poliméricos. Dependendo da estrutura, um polímero é vulnerável a efeitos do ambiente, como o calor, o oxigênio e as suas formas ativas, a umidade, as emissões de poluentes atmosféricos, como NOx e a radiação.
Copolímeros e blendas contendo elastômeros têm grande importância comercial devido à sua alta resistência ao impacto, entre outras propriedades. O ABS é composto por monômeros cujos homopolímeros têm natureza elastomérica e termoplástica, e exibe excelente tenacidade e boa estabilidade dimensional. Essas resinas encontram ampla aplicação inclusive na industria de telefonia, portanto, existe uma tendência cada vez maior de descarte de produtos de ABS no ambiente, muitas vezes em estágio avançado de degradação.
A degradação térmica afeta de forma pronunciada as propriedades macroscópicas do ABS, tais como a cor e as propriedades mecânicas. A transição vítrea das fases elastomérica e termoplástica também é afetada. A temperatura de transição vítrea, Tg, é determinada principalmente pela estrutura molecular das unidades repetitivas de um polímero. É na região da transição vítrea que se concentra o maior potencial de absorção e dissipação de energia mecânica. Nos primeiros estágios da degradação a maioria das unidades repetitivas da cadeia polimérica não sofre alteração, mas existem fatores secundários que também podem alterar a transição, como a massa molar, a extensão de reticulação e a concentração de plastificantes. Além disso, os mecanismos de degradação também são influenciados pelo tempo e pela forma de envelhecimento.
Embora a degradação do ABS venha sendo bastante investigada, existem vários aspectos não explorados, tais como a relação entre a extensão da degradação e as propriedades macroscópicas e microscópicas. Os ensaios de degradação são normalmente conduzidos em condições muito diferentes das condições normais de uso.
Como resultado do reprocessamento dos termoplásticos, alterações nas propriedades reológicas, mecânicas, térmicas e ópticas ocorrem como resultado de algumas modificações estruturais, tais como: cisão da cadeia principal, reações de reticulação, alterações na estrutura química e degradação ou eliminação dos aditivos presentes. Estas mudanças são conseqüências dos vários tipos de ataques físicos e químicos a que o material está sujeito durante o processamento ou uso final dos artigos os quais também podem ocorrer durante a operação de reciclagem.
Para que esse processo de reciclagem apresente bons resultados, é preciso também que seja feito todo um monitoramento da matéria prima, em todas as etapas do processo. Para que se possa ter controle de quantas vezes a mesma já foi reprocessada, assim saber como estão suas propriedades.
O fluxograma abaixo nos mostra que a quantidade de material moído mais que uma vez acaba se tornando relevante, pois a porcentagem se torna muito pequena. Porém é um controle importante, pois assim sabe-se exatamente o tipo de material que se tem, facilitando nas soluções de eventuais problemas, não só desse produto, mas para todos outros produtos Intelbras.
Figura 4 – Fluxograma da Porcentagem de Material Moído
Neste trabalho foi dada ênfase à avaliação macroscópica do ABS reaproveitado em função do tempo de uso e da forma de envelhecimento do produto e principalmente da sua característica de ser inflamável. Buscou-se determinar se é mesmo possível reutilizar o ABS moído, sem perdas significativas de propriedades, e para isso foram feitos os seguintes testes.
Figura 4 – Fonte Chaveada e Canal de Injeção
3.2.2.1) Teste de Queda
O teste de queda tem a função de avaliar o comportamento mecânico dos produtos quando sofrem, por algum motivo, uma queda. Essa queda pode ser tanto na utilização do produto como em seu transporte. Seu procedimento foi baseado na norma técnica ABNT NBR IEC 60068-2-32 (Ensaios climáticos – Ensaio Ed: Queda livre).
Esse teste avalia a qualidade e resistência dos materiais utilizados nos produtos Intelbras. Com esse teste é possível identificar falhas no processo de injeção de polímeros, por exemplo. Avalia também se os encaixes dos componentes internos estão bem dimensionados, a resistência de componentes eletrônicos e a qualidade da embalagem do produto.
O procedimento pode ser executado tanto por meio de queda livre, quanto por uso de uma rampa de inclinação bastante íngreme. A vantagem do uso da rampa é uma maior repetibilidade dos resultados entre amostras diferentes, possibilitando o uso de testes comparativos para verificar melhorias na resistência ao impacto de um produto, mas por outro lado a perda de velocidade devido ao atrito com a rampa, impossibilitando o estabelecimento de uma relação direta entre a altura de teste e a real altura que o produto consegue cair sem apresentar danos. A altura do teste é determinada de acordo com o tipo de uso do produto.
Para produtos com embalagem, é comum realizar o teste de queda livre vertical, não utilizando a rampa. A queda livre é feita principalmente em produtos com embalagens grandes, que não podem ser testadas na rampa. Os produtos testados sem embalagem são em geral pequenos, como, por exemplo, telefones, monofones, controles remotos e fontes, como é o caso. Esses produtos são testados na rampa inclinada, facilitando a repetibilidade do teste.
Após a realização de diversas quedas em posições diferentes, as falhas no produto são avaliadas e um teste funcional é efetuado. O produto é reprovado caso ocorra algum dano permanente, como, fratura ou soltura de partes que oferecem difícil montagem. Partes desengatadas não são suficientes para reprovar um produto. Quando algum produto é reprovado, é gerado um relatório com a descrição da falha, com possibilidades de origem e correção.
3.2.2.2) Teste de Envelhecimento
Para simular a degradação no ambiente de estruturas poliméricas e componentes eletrônicos, durante a vida de um produto em um período hábil para o desenvolvimento, é utilizada uma câmara de controle de temperatura e umidade, que aplica sobre as amostra um ciclo que alterna entre temperaturas entre -10ºC e 100ºC e umidade entre 0% e 100% de umidade relativa, em ciclos de freqüência e duração que produzem o mesmo efeito que um ambiente normal durante diversos anos de exposição.
Esses ensaios são feitos tanto com as amostras desligadas, para verificar a resistência das partes mecânicas, quanto em funcionamento, para verificar se a sua funcionalidade não é afetada por condições ambientais adversas ou mesmo pela simples ação atmosférica por períodos extensos.
3.2.2.3) Teste de resistência à radiação Ultra-Violeta (UV)
Os polímeros, acima dos outros materiais, são suscetíveis à ação de radiação de alta energia por causa da natureza de suas ligações químicas, que podem sofrer cissão, causando amolecimento do material, ou formação de mais ligações cruzadas (endurecimento e ressecamento). Ambos tipos de degradação Ultra-Violeta também resultam em amarelamento do material, o que facilita a avaliação visual do fenômeno.
O objetivo do ensaio é simular em um período reduzido de tempo a ação da radiação UV proveniente do sol, porém, como o ensaio não é realizado com equipamento padronizado por norma, a avaliação tem apenas caráter comparativo, portanto geralmente são colocadas peças de material com um nível bom de resistência UV junto com a amostra que está sendo ensaiada e, então, o amarelamento relativo entre as duas é comparado após um período especificado de exposição a uma concentração elevada de raios UV.
3.2.2.4) Teste de Inflamabilidade
A inflamabilidade dos materiais é uma propriedade muito importante. Quando um polímero orgânico é aquecido, ele vai progressivamente sofrendo modificações, a princípio físicas e depois químicas, terminando por sofrer decomposição total em produtos voláteis.
O entendimento das condições que permitem a ignição, a manutenção e a propagação de uma chama em um material pode auxiliar na elaboração de medidas de contenção e até mesmo de prevenção de incêndios.
Ensaios de queima vertical permitem estabelecer o tempo de permanência de chama e representam o tempo em que a degradação do material, pela temperatura da chama, libera compostos combustíveis. De acordo com a norma ASTM D3801, a amostra deve ser disposta verticalmente. A aplicação da chama deve ser feita em duas ou uma etapa de 10 s. O teste deve ser realizado dentro de uma câmara fechada (capela de laboratório) e com a presença de um sistema de exaustão. Quanto menor o tempo de permanência da chama, maior é o caráter auto-extinguível do material.
Ensaios de queima horizontal representam a velocidade de propagação de chama, ou seja, estão relacionados diretamente à reatividade do material, e, portanto, à sua taxa de decomposição e conseqüente liberação de compostos combustíveis. Um procedimento para a queima de materiais plásticos, na posição horizontal, é descrito pela norma ASTM D 635. É feita uma aplicação de chama com duração de 30s. O tempo e a extensão da queima são medidos. O teste deve ser realizado dentro de uma câmara fechada e com sistema de exaustão. Materiais que permitem a manutenção de chama, e ainda possibilitam maior velocidade de propagação da mesma, podem ser classificados como mais inflamáveis.
Segundo a norma de ensaio ASTM D2863, define-se por índice de oxigênio a mínima concentração de oxigênio (em uma mistura de oxigênio e nitrogênio), expressa em porcentagem, que é capaz de suportar o processo de combustão do material por um tempo pré-determinado. O índice de oxigênio representa, portanto, a quantidade mínima de oxigênio numa mistura gasosa, que garante a ignição e manutenção de uma chama alimentada pela decomposição do material, caracterizando-se este, como um combustível. Quanto menor o índice de oxigênio maior a facilidade do material sofrer ignição.
O ensaio de queima vertical: foi realizado de acordo com a norma ASTM D3801. A fonte de ignição foi ajustada para produzir uma chama azul de 20 mm de altura. Para o ensaio, as amostras foram posicionadas verticalmente em um suporte universal, com o auxílio de uma garra. A chama foi centralizada logo abaixo do corpo de prova, permitindo uma região de contato de 10 mm. A aplicação da chama foi feita em duas ou uma etapa de 10 s, de acordo com o comportamento experimental da amostra. O tempo de permanência de chama foi observado.
O ensaio de queima horizontal: foi feito a partir das instruções da norma ASTM D635. A fonte de ignição foi ajustada para produzir uma chama azul de 20 mm de altura. As amostras foram posicionadas horizontalmente em um suporte universal, com o auxílio de uma garra. Uma única aplicação da chama foi feita, durante o tempo de 30 s. Para cada corpo de prova, foi observado o tempo e a extensão de queima.
3.2.2.5) Teste de Fluidez
A fluidez é uma forma de avaliar o comportamento do fluxo do material plástico durante o processo no estado fundido. Esta característica dos plásticos é conhecida como índice de Fluidez (IF) ou em inglês Melt Index (MI). As empresas de transformação de plásticos utilizam esta propriedade para avaliar se viscosidade do plástico no estado fundido, esta adequada ao processo utilizado.
As empresas que reciclam ou comercializam material reciclado devem estar familiarizados com esta propriedade para ofertaram o produto adequado ao processo de transformação de plástico da empresa que utilizará este material. Neste caso, o material em questão é fornecido pela empresa Sabic, empresa que fará os testes de índice de fluidez no material, em seu laboratório móvel que é levado á Intelbras S.A mensalmente.
A obtenção do índice de Fluidez de um plástico visa a determinação da velocidade de injeção de resinas termoplásticas fundidas através de uma matriz com o comprimento e diâmetro do orifício padronizado sob determinadas condições de temperatura e pressão.
As condições de ensaio para cada material são indicadas pela norma de determinação do teste (NBR 7293).
Durante o ensaio é determinada a massa em gramas que flui através de uma matriz especificada, sob condições pré-determinadas de pressão e temperatura em um tempo padronizado dez minutos. O valor obtido em gramas por dez minutos [g / 10 minutos], constitui o índice de fluidez do plástico.
Este valor esta relacionado com a viscosidade do material. Quanto mais viscoso for o plástico fundido, menos material fluirá e, portanto, a quantidade em gramas que flui em dez minutos será menor; isto é, o índice de fluidez será baixo.
Em geral, estes tipos de plásticos são mais indicados para os processos de extrusão e sopro, já os plásticos com maior fluidez são mais indicados para o processo de injeção.
Como o índice de fluidez também é uma forma de avaliar o peso molecular do plástico já que é, diretamente proporcional ao peso molecular médio do plástico, resulta bastante útil para as empresas que reaproveitam o material, não somente para adequação do tipo de plástico reutilizado ao processo, como também para avaliar o estado de degradação do material pelo rompimento das cadeias do polímero e conseqüente alteração no peso molecular e, portanto no resultado da fluidez do material.
Embora seja indiscutível a utilidade deste teste para a utilização do plástico reutilizado, as condições não podem ser extrapoladas para outras condições como às pressões elevadas que se encontram nos processos industriais de extrusão e moldagem por injeção já que o comportamento de fluxo dos termoplásticos fundidos não é Newtoniano, isto é a viscosidade determinada sob um conjunto de condições não pode ser extrapolada para aplicações em quaisquer outras condições.
3.2.3) Análise econômica
O processo de injeção deste produto produz no mesmo molde as duas partes da peça: tampa e base. Então temos a seguinte situação em cada ciclo de produção da injetora:
-
Componente
Quantidade de Peças
Quantidade de Material Utilizado (g)
TAMPA
4
40
BASE
4
50
CANAL DE INJEÇÃO
1
25
TOTAL
9
115
Tabela 4 - Análise Econômica da Matéria Prima da Fonte Chaveada
Somente com a sobra do canal de injeção, nas condições atuais são gerados 21,74% de material para descarte. As sobras de material provenientes da inicialização da máquina não foram contabilizadas.
A princípio existem duas situações a serem analisadas:
1ª) Mistura de material virgem com 25% de moído;
2ª) Mistura de material virgem com 35% de moído. Estes valores foram estimados devido a quantidade de material produzida pelo descarte do canal de injeção e a quantidade de material proveniente das demais sobras do processo.
Segue abaixo uma simulação dos custos de material para a produção de 1 milhão de peças ( quantidade estimada para produção no ano de 2009):
|
PESO (Kg) |
5.400 |
|
QTDE. MATERIAL DESCARTADO (Kg) |
6.250,0 |
|
QTDE. DESCARTADA (EM PEÇAS) |
277.777,8 |
Tabela 5 - Quantidade de Material Utilizado na Fabricação da Fonte Chaveada.
|
Quantidade de Material Reciclado |
Preço do Kg (US$) |
Custo do material de cada Fonte (US$) |
Custo de Material para 1mihão peças (US$) |
Economia (US$) |
|
100% Material Virgem |
4,77* |
0,12 |
119.250,00 |
- |
|
25% de Reciclado |
3,58 |
0,09 |
89.437,50 |
29.812,50 |
|
35% de Reciclado |
3,10 |
0,08 |
77.512,50 |
41.737,50 |
Tabela 6 - Análise econômica da matéria prima da Fonte Chaveada.
3.2.4) Conclusão
Todos os testes que estavam ao alcance da aluna foram realizados, e em nenhum deles o material demonstrou uma perda significativa em suas propriedades, esse material ainda não foi aprovado, mas acredito que em breve será. Fica aqui sugestão de testes como impacto izod, charpy, microdureza e tração, para que se possa ter um laudo técnico de aprovação, e poder assim, reaproveitar o material ABS anti-chamas.
3.3) Otimização do Processo de Reaproveitamento de Matéria Prima Através da Rastreabilidade.
A reutilização dos materiais na Intelbras se dá através da moagem do material em um moinho com facas rotativas. Nessa condição, o material deverá ser misturado à matéria-prima virgem e então será reprocessado. Porém esse processo é um ciclo, logo o material já reprocessado pode ser novamente moído e retornar à mistura por várias vezes sem haver qualquer histórico de produção, fato comum ao processo e aceito sem método de controle.
Visto isso, imaginou-se a criação de uma ferramenta de controle e rastreabilidade de matéria-prima que também possa ser utilizada para otimizar a reutilização das resinas poliméricas.
Prós e Contras do processo de rastreabilidade
Vantagens
-
Garantia de qualidade - homogeneização das propriedades do material injetado (propriedades reológicas, mecânicas, térmicas, ópticas) -
Rastreamento de matéria-prima em casos críticos -
Redução de custo de matéria-prima
Desvantagens
-
Necessidade de controle do moinho e misturador -
Aumento de estoque de moído para separação de material por condição de reprocessamento -
Treinamento do pessoal envolvido
3.3.1) Desenvolvimento
O trabalho seria dividido em duas etapas:
Primeira etapa:
-
Analise da quantidade de material moído a adicionar em cada produto. -
Avaliação dos requisitos mecânicos (qualidade) e reológicos (processabilidade) através de ensaios como resistência à tração, módulo elástico, resistência ao impacto, índice de fluidez, viscosidade, contração, densidade e densidade aparente cada produto necessita.
A definição da quantidade de reutilização de matéria-prima será feito em função não só das características finais do injetado, mas também pelo nível de dificuldade do processamento do mesmo no momento de injetar.
Análises laboratoriais se fazem necessárias para caracterizar o material na condição de moído e definir a quantidade ideal de utilização deste material.
|
Qt. Moído |
Densidade ap. ABS |
|
0 % |
0,63 g/cm3 |
|
10 % |
0,62 g/cm3 |
|
20 % |
0,61 g/cm3 |
|
30 % |
0,61 g/cm3 |
|
40 % |
0,60 g/cm3 |
|
50 % |
0,60 g/cm3 |
|
100 % |
0,57 g/cm3 |
Tabela 7 - Densidade Aparente do ABS
Na moagem, as facas rotativas fazem o trituramento do material, ocorrendo formação de grãos que apresentam morfologia bastante irregular, além de muito pó. Percebe-se uma diminuição da densidade aparente da massa polimérica (grãos) com relação àquela encontrada na matéria-prima no estado virgem devido o aumento dos espaços vazios entre os grãos.
Esse valor é muito importante na dosagem do material, pois os parâmetros aplicados em uma máquina injetora são baseados no volume de material que há no canhão, e não no peso da massa polimérica.
Seria também muito interessante, o material passar por uma peneira após a moagem, assim eliminariam-se o pó, e ficariam os grãos mais regulares, facilitando o processo e trazendo melhores resultados.
Índice de Fluidez do ABS norma ASTM D-1238 I (230oC/3,8 kg):
* Quantidades superiores a 100% refere-se ao material moído por mais de uma vez
Gráfico 1 - Índice de Fluidez por Quantidade de Material Moído
O gráfico mostra tendência de diminuição no índice de fluidez do ABS com o aumento da utilização de material moído. Porém, fica dentro da especificação do fornecedor nas condições ensaiadas, o que indica que o método de processamento deste material esta seguindo condições normais, ou seja, não existe grande degradação do material por esta análise.
Segunda etapa:
Realizando uma análise do fluxograma criado que está exibido abaixo, percebe-se que todo o rejeito gerado é unido no setor Moinho através dos cinco locais causadores de refugo que estão em destaque.
Figura 5 - Fluxo da Matéria-Prima no Setor de Injeção
Os códigos devem ser gerados na seqüência de produção partindo do número 1. Ele é incluído no momento da mistura e indica a composição do material, que fica salvo em um banco de dados. Assim, ao final do ciclo pode-se ter o histórico dessa composição. Numa segunda mistura, um novo código é gerado.
Em cada um dos cinco locais causadores de refugo o mesmo código é incluído aos rejeitos da produção. Isso garante que materiais com códigos (composições) diferentes não sejam misturados no setor de moinho.
O código da mistura também é apontado no Check-List, documento que contém informações da produção como os defeitos da peça e o operador. Dessa forma, qualquer eventualidade com relação à matéria-prima também pode ser analisada através de uma consulta ao banco de dados.
A abertura de um banco de dados com os códigos seqüenciais se faz imprescindível. Neste arquivo, várias outras informações além da composição da mistura podem ser incluídas, como as peças produzidas, a hora e data, o operador que realizou a mistura, dentre outras informações importantes.
Não se faz necessário a apresentação de maior detalhamento neste relatório, as informações contidas geram uma visão geral do novo conceito.
Criar uma ferramenta de controle e rastreabilidade de matéria-prima que também possa ser utilizada para otimizar a reutilização das resinas poliméricas.
3.3.2) Sistema de controle de matéria-prima
1ª fase: Quantificação de material moído aceitável na mistura
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Separar amostras com diferentes concentrações de material moído x material virgem -
Realizar ensaios necessários (dureza Shore, impacto Izod, índice de fluidez) -
Avaliar as condições de injeção (temperatura de trabalho, degradação térmica, etc) -
Definir padrão de utilização de moído x material virgem -
Aplicar ferramentas de cálculo para mistura – quantidade moído x material virgem -
Instituir novos padrões e controlar o processo
2ª fase: Implantação de sistema para rastreamento de matéria-prima
a) Montar fluxograma para acompanhamento da matéria-prima no setor de injeção e indicação dos pontos geradores de refugo.
b) Instituir código para o misturador:
c) Realizar controle de refugos no moinho Obs.: rastrear histórico do material – saber a condição do material no momento da realização de uma nova mistura utilizando material moído.
d) Abrir banco de dados para rastreamento de possíveis causas de refugo Obs.: verificar a condição do material no momento do problema.
3.3.3) Conclusão
Como principal motivação, o projeto garante o gerenciamento do fluxo da matéria-prima, permitindo que futuros problemas possam ser avaliados em comparação com o banco de dados criado. A definição do nível de reutilzação da matéria-prima visa garantir a qualidade do produto final.
As ações necessárias para andamento do trabalho é o término das análises laboratoriais, abertura do banco de dados e treinamento das pessoas envolvidas. Também serão necessários alguns meses para que todo material sem registro das informações de produção seja consumido.
Apesar de apresentado apenas como proposta, neste momento inicial a intenção foi mostrar os problemas que podem estar sendo gerados na injeção de material reutilizado não relatados devido a falta de rastreabilidade, além da forma de organização que elimine alguns dos problemas relacionados a matéria-prima.
Fica como sugestão, implantar um programa de rastreabilidade não só para esse caso do ABS, mas também para todos os outros produtos da empresa, visto que diminuiria a probabilidade de erros com matéria prima, mistura de material, o que é importe pois evitaria retrabalhos.
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