Revolução dos Termofixos: Descubra o Futuro da Moldagem na Parte 3

Introdução aos Plásticos e Suas Primeiras Inovações

Os termofixos dominaram a história inicial dos plásticos. O que impulsionou esse domínio foi o desenvolvimento da vulcanização na indústria da borracha, no meio dos anos 1800. As primeiras tentativas de introduzir termoplásticos, baseadas na celulose, enfrentaram uma concorrência acirrada e, por vezes, questionável, da indústria da borracha já estabelecida.

Apesar de algumas ofertas de termoplásticos terem se tornado comerciais, as mais bem-sucedidas introduções iniciais foram os materiais reticulados, sendo o primeiro polímero verdadeiramente sintético o fenolítico. Posteriormente, na primeira metade do século 20, époxis, poliésteres insaturados e silicones também foram introduzidos.

A Convivência Inicial entre Termoplásticos e Termofixos

Paralelamente, muitos termoplásticos comuns começaram a ser desenvolvidos nas décadas de 1920 e 1930, incluindo polietileno, poliestireno, PVC e acrílico. As primeiras introduções desses materiais tinham índices de desempenho relativamente modestos, especialmente no que diz respeito à resistência ao calor, e as duas classes de materiais coexistiam.

Contudo, com a introdução dos nylons, as coisas começaram a mudar. Surgiu um material com um ponto de fusão de 260°C (500°F) que podia substituir alguns dos materiais reticulados. Em seguida, vieram os poliésteres termoplásticos, e nas décadas de 1950 e 1960, o desenvolvimento de novos polímeros termoplásticos com perfis de desempenho mais elevados tornou-se uma avalanche.

A Visão Futurista da Substituição dos Termofixos

Na década de 1970, havia uma opinião generalizada na indústria de que, mais cedo ou mais tarde, um termoplástico seria desenvolvido para substituir qualquer termofixo. Os polimidas representavam o auge do desempenho em materiais reticulados, mas rivalizavam com quimioterapias termoplásticas semelhantes que incluíam poliimida-amida, polimidas termoplásticos, polieterimida e até variantes de alta temperatura.

Esse movimento buscava alternativas em grande parte devido a preocupações com a produtividade. Embora os termofixos oferecessem propriedades impressionantes, não eram facilmente convertidos em peças moldadas pelo método emergente de processamento, a moldagem por injeção. Os processos tradicionais de moldagem de termofixos – moldagem por compressão e moldagem por transferência – eram mais lentos e manuais, e as peças quase sempre requeriam um processamento secundário de rebarbação.

O Ganho de Momentum dos Termoplásticos

Havia um outro elemento que atraía a indústria para o mercado dos termoplásticos. Os fornecedores de materiais que desenvolviam esses materiais representavam uma formação estelar das principais empresas químicas, incluindo General Electric, Bayer MaterialScience, DuPont, Dow, Union Carbide e Celanese.

Essas empresas produziam uma riqueza de informações sobre design de peças, design de moldes, propriedades dos materiais e processamento, e faziam isso em brochuras e documentos técnicos atraentes, entregues por vendedores polidos e por pessoal de serviço técnico experiente.

Concorrência Desigual e Desvantagens dos Termofixos

Os fabricantes de termofixos estavam em desvantagem quando se tratava de recursos. Muitos dos fabricantes de termofixos tinham especialistas qualificados que entendiam bem os parâmetros associados ao bom design e práticas de processamento, mas a maioria trabalhava nos bastidores desenvolvendo formulações e clientes raramente os viam.

Para piorar a situação, os termofixos tentavam competir com os termoplásticos no terreno dos dados de curto prazo, com foco em propriedades à temperatura ambiente. Isso era uma proposta perdida porque propriedades como resistência à tração e resistência ao impacto não são geralmente pontos fortes dos termofixos. Esses materiais oferecem vantagens em temperaturas elevadas que não são abordadas pelas propriedades de curto prazo publicadas nas fichas técnicas.

Propagandas Enganosas e Comparações Impróprias

Uma das propagandas mais proeminentes que um fornecedor de materiais termofixos veiculou no final dos anos 1970 e início dos anos 1980 demonstrava as grandes deflexões que barras flexíveis moldadas em termoplásticos exibiam em comparação com o fenolítico.

Lembro-me de assistir a uma apresentação onde o caso estava sendo feito em nome do fenolítico com uma comparação direta com ABS não preenchido. Os dois materiais exibiram resistência à tração e flexão comparáveis à temperatura ambiente e, claro, o fenolítico tinha uma temperatura de deflexão térmica mais alta.

Nova Abordagem de Caracterização de Materiais

Em 1988, fiz minha primeira apresentação em uma conferência anual realizada em Madison, Wisconsin. Eu forneci dados que comparavam as propriedades dos materiais termofixos com materiais semicristalinos preenchidos e reforçados e polímeros amorfos de alto desempenho usando a relativamente nova ferramenta de análise mecânica dinâmica (DMA).

O DMA foi desenvolvido como um método analítico na década de 1960, mas grande parte dos primeiros equipamentos foi construída sob medida por pesquisadores individuais e pouco foi feito para criar padrões de teste em torno do método. Em meados da década de 1980, os fabricantes de instrumentos haviam aperfeiçoado dispositivos de oscilação forçada que melhoraram muito a capacidade do método de caracterizar propriedades de materiais, e padrões ASTM e ISO foram desenvolvidos.

Resultados e Comparações Impressionantes com DMA

As Figuras 1 e 2 mostram comparações típicas feitas, focando exclusivamente em uma propriedade facilmente entendida, o módulo do material em função da temperatura. A Figura 1 compara o desempenho de um composto fenólico com um PPS reforçado com 40% de fibra de vidro e mostra que: enquanto à temperatura ambiente o PPS é superior; nas temperaturas elevadas em que os dois materiais provavelmente serão usados, o fenólico supera o PPS a um custo menor por libra.

A Figura 2 compara um poliéster termofixo com um poliéster termoplástico reforçado com fibra de vidro longa. Esses dois materiais possuem a mesma temperatura de deflexão térmica, mas o mapa completo de temperatura mostra claramente as vantagens do material reticulado.

Adoção da DMA por Empresas Comprometidas

A resposta a essa “nova” abordagem para comparações de materiais foi avassaladora, pelo menos momentaneamente. Mas, no final do dia, um indivíduo perseguiu essa linha de pensamento, Larry Nunnery. Ele era um novato no lado dos termofixos da indústria de plásticos, mas não era estranho ao mundo dos polímeros, tendo passado a maior parte de sua carreira até então na GE Plastics.

GE era um mestre em marketing de marca, e Nunnery trouxe essa tradição e know-how para uma empresa que ele tinha acabado de comprar, a Bulk Molding Compound Corp. (BMC Corp.) em St. Charles, Illinois. Como muitos fabricantes de resinas termofixas, a BMC Corp era pequena em comparação com os gigantes da resina termoplástica. Durante anos, manteve uma presença na indústria atendendo a nichos de mercado e sempre tinha um pequeno estande na NPE porque, naquela época, o show trienal era realizado logo na esquina, no McCormick Place em Chicago.

Impacto das Estratégias de Nunnery e DMA

Tudo mudou quando Nunnery assumiu a propriedade. Ele imediatamente entendeu as implicações dos dados da DMA e como eles poderiam ser aproveitados para uma vantagem competitiva. Caracterizamos alguns de seus materiais emblemáticos em nosso laboratório junto com alguns termoplásticos competitivos apropriados, como nylons altamente reforçados com fibra de vidro, PBT e PET poliésteres, PPS e polímeros sulfonados.

As comparações mostraram o desempenho superior dos materiais reticulados em temperaturas elevadas e Nunnery e sua equipe seguiram em frente, executando anúncios mostrando os gráficos e destacando a estabilidade dimensional superior e a resistência à deformação que os materiais reticulados exibiam. Isso se tornou uma plataforma para um novo tipo de apresentação de materiais termofixos à indústria, desconhecida tanto da comunidade termoplástica quanto termofixa.