Um desafio enfrentado na transformação com chapa dupla é a fabricação de componentes com alta transparência. Os sistemas de materiais utilizados e a tecnologia do ferramental influenciam tanto o processo de fabricação quanto as características de produto, além das suas propriedades ópticas e mecânicas.
A termoformação com chapa dupla consiste em um processo combinado de termoformação e soldagem, o qual viabiliza a fabricação de componentes com estruturas complexas, semelhantes a recipientes, que também podem ser produzidos economicamente em lotes pequenos, em um única etapa de processo. Desta forma se consegue uma integração funcional e de processo em relação ao método clássico de “transformação com chapa única”. No entanto, a produção de componentes com parede dupla e altamente transparentes usando o processo de transformação com chapa dupla só é possível de forma muito limitada. Um possível campo de aplicação para tais corpos vazados altamente transparentes são janelas de plástico com parede dupla que possuem efeito isolante, tais como janelas de trailers. Atualmente eles são fabricados adotando-se um processo com dois estágios, constituído por termoformação com colagem subsequente – o qual inclui etapas de processo manuais e com alto custo. Tal situação levou o Instituto de Tecnologia de Plásticos da Universidade de Stuttgart (Institut für Kunststofftech-nik der Universität Stuttgart – IKT), da Alemanha, a desenvolver estudos sobre uma variante de processo para a produção de componentes altamente transparentes usando termoformação com chapa dupla, em conjunto com a empresa Linbrunner Thermoforming.
Requisitos a serem atendido pelo material
São necessários semi-acabados termoformados especiais para produzir tais corpos especiais. O sistema de material usado determina as propriedades do componentes, mas também influencia, em igual medida, o processo de fabricação. Como a termoformação com chapa dupla é um processo combinado de termoformação e soldagem, essas duas etapas de fabricação também definem requisitos para os sistemas de materiais usados.
São aplicados ao sistema de materiais que constitui os semi-produtos plásticos utilizados os mesmos requisitos mínimos válidos para a termoformação clássica com chapa única, tais como alta precisão de moldagem, a menor tendência possível para ceder e boa elasticidade sob a temperatura de moldagem (1,2,3). Além desses requisitos mínimos de termoformabilidade, os semi-produtos plásticos também devem apresentar soldabilidade adequada.
Na transformação com chapa dupla de componentes altamente transparentes, os requisitos específicos do produto, tais como propriedades ópticas e estatísticas (por exemplo, transmitância, intensidade de brilho ou transparência), também desempenham um papel importante para o sistema de materiais usado. No caso da fabricação de componentes altamente transparentes, obviamente também devem ser usados semi-acabados altamente transparentes. No entanto, as propriedades ópticas e estéticas do sistema de materiais não devem ser influenciadas pelo processo de conformação e soldagem, ou pelas condições ambientais (por exemplo, mudanças de temperatura ou radiação ultravioleta) decorrentes do uso.
Tecnologia de ferramental
Não apenas o sistema de materiais, como também a tecnologia de ferramental utilizada, pode influenciar a transparência dos componentes. Por exemplo, no atual estado da arte da fabricação de componentes com alta transparência usando o processo de termoformação com chapa única, há uma grande variedade de processos e ferramentas especiais como, por exemplo, a conformação livre ou a conformação com um “ferramental de esqueleto”. Usando-se este método, a moldagem ocorre com pouco ou nenhum contato com o ferramental, o que implica o fato de que apenas componentes com formato simples podem ser produzidos.
Se for necessário fabricar componentes com geometrias mais complexas, também ocorre aumento dos requisitos sobre o ferramental e a tecnologia de processo (preferivelmente ausência de furos de vácuo na área visível, baixa temperatura do semi-acabado, etc). Devido à natureza do processo, essas recomendações não podem ser diretamente aplicadas à termoformação de chapa dupla pois, por exemplo, temperaturas muito baixas do semi-acabado podem resultar na redução da resistência da união entre as metades do componente. Por esta razão, deve ser desenvolvida tecnologia para produção de um ferramental especial voltado para a produção de corpos ocos altamente transparentes que possa ser adaptada ao processo de chapa dupla. Além de um controle de temperatura correto, sobretudo a qualidade da superfície do ferramental desempenha um papel importante neste caso.
Portanto, dentro do projeto conjunto de pesquisa, foi estudada a influência de diferentes condições ambientais e propriedades do ferramental sobre as propriedades ópticas, estéticas e mecânicas. Entre outros aspectos, foram avaliadas as três resinas termoplásticas amorfas descritas a seguir, as quais são adequadas para o processo de termoformação clássica. Foram estudados o poli (tereftalato de etileno) modificado com glicol (PET-G), grau tipo Vivak, produzido pela Covestro; policarbonato (PC) grau Makrolon GP, fabricado pelo Grupo Exolon e um filme de poli (ácido láctico) (PLA) altamente transparente, sintetizado no Instituto de Tecnologia de Plásticos da Universidade de Stuttgart (Institut für Kunststofftechnik der Universiät Stuttgart – IKT) a partir do biopolímero Ingeo 4032D, fornecido pela empresa NatureWorks.
Para se investigar a influência de várias condições ambientais, semi-acabados altamente transparentes foram expostos à radiação solar simulada, temperaturas mais altas e maior umidade, bem como a uma combinação dessas condições, dentro de uma câmara de teste climático modelo Atlas SC 1.000 MHG Solar Simulator, fabricada pela Atlas Material Testing Technology GmbH. Foi usado um equipamento para medição de transparência Nano Tech Industrie Produkte, para caracterizar a transmissão de luz, transparência na faixa de comprimentos de onda da luz visível e da radiação ultravioleta. As alterações resultantes nas propriedades mecânicas foram determinadas a partir de resultados de ensaios de tração efetuados em uma máquina universal de ensaios fabricada pela ZwickRoell GmbH e Co. KG.
Também foram realizados testes de transformação usando ferramentas com diferentes superfícies para se poder examinar a influência das propriedades do ferramental, usando-se um equipamento de termoformação laboratorial Illig, modelo LDFG23b. Foram estudados os efeitos de ferramentas com superfície jateada com areia, finamente usinada e polida, bem como dotada de uma camada intermediária, constituída de material para luvas entre o ferramental e o semi-acabado, sobre as propriedades ópticas e estatísticas dos componentes durante a conformação usando vácuo e ar comprimido.