TCC

CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE







SOLDAGEM DE TERMOPLÁSTICOS POR
ULTRASSOM







LUIZ CARLOS ARAUJO DA SILVA







São Paulo
2009




CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE


LUIZ CARLOS ARAUJO DA SILVA



SOLDAGEM DE TERMOPLÁSTICOS POR
ULTRASSOM




Monografia apresentada no curso de Tecnologia em Produção Plástico da
Faculdade de Tecnologia da Zona leste como requerido parcial para obtenção do
título de Tecnólogo em Produção
com ênfase em Plástico



Orientador: Marcos Oliveira Gentil




São Paulo
2009





CENTRO TECNOLÓGICO DA ZONA LESTE
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE








SOLDAGEM DE TERMOPLÁSTICOS POR
ULTRASSOM








Banca examinadora

Prof. Orientador: Marcos Oliveira Gentil Ass.: _____________________
Prof:. Franklin Santos Gomes Ass.: _____________________
Prof.: _____________________________ Ass.: _____________________
Resumo

O objetivo deste trabalho é de orientar os profissionais que trabalham
diretamente no processo de soldagem de peças. O consumidor industrial requer
melhor qualidade e eficiência do produto transferindo aos departamentos técnicos, a
responsabilidade de gerar cada vez mais soluções de processos de solda mais
objetivos, práticos, limpos e acima de tudo rentáveis produtivamente.

Em se tratando de soldagem de termoplásticos, o processo de Solda por
Ultrassom entra neste contexto como a aplicação mais viável.

No decorrer deste trabalho serão demonstrados alguns parâmetros
importantes a respeito dos materiais a serem utilizados, sobre o processo do
equipamento de solda, seu ferramental e as juntas de solda necessárias a serem
feitas no produto.
Abstract

The intention of this work is to help professionals who work directly in the
welding of pieces. Industrial consumer demands better quality and efficiency of
products; moving to the technical departments the responsibility to create more
solutions of welding processes more objective, practical, clean and above all
productively profitable.

In the case of welding of thermoplastics, the process of welding by ultrasound.

fits here as the most viable application. In the course of this work it will be
shown some important parameters regarding to the materials to be used, the process
of welding equipment, its tooling and preparation necessary to be held in the product.

Índice de Figuras

Figura 01: Molécula de Polietileno......................................................................... 05
Figura 02: Cadeia de Polímeros.............................................................................. 06
Figura 03: Cadeia de Plásticos................................................................................ 07
Figura 04: Estado Vítreo e Borrachoso................................................................... 09
Figura 05: Variação de transparência......................................................................10
Figura 06: Polímeros Termoplásticos..................................................................... 11
Figura 07: Representação química do Polietileno.................................................. 12
Figura 08: Representação química do Polipropileno.............................................. 12
Figura 09: Estrutura das moléculas......................................................................... 14
Figura 10: Representação química do Policloreto de Vinila................................... 14
Figura 11: Representação química do Poliestireno................................................. 15
Figura 12: Representação química do Estireno acrilonitrila................................... 15
Figura 13: Estrutura Lamelar do PEAD.................................................................. 20
Figura 14: Região de freqüência do som ................................................................ 22
Figura 15: Ondas de pressão no ar produzidas por diapasão................................... 23
Figura 16: Gerador de Solda por Ultrassom com pistola e Sonotrodo.................... 24
Figura 17: Formas Senoidais................................................................................... 26
Figura 18: Curvas de amplitude............................................................................... 29
Figura 19: Transdutor· .............................................................................................. 31
Figura 20: Conjunto acústico................................................................................... 32
Figura 21: Máquina de solda por Ultrassom ........................................................... 41









INTRODUÇÃO
O desconhecimento da utilização de máquinas de solda por ultrassom, seus
recursos e pouco acesso a materiais de estudo especializado no processo nas
escolas especializadas, faz com que o pessoal técnico ao se deparar com este
processo perca tempo na elaboração e desenvolvimento do processo produtivo.

Assim como, sanando problemas de desenvolvimento de novos produtos que
não tiveram a previsão de soldagem nos respectivos projetos, e por consequência
causando um custo extra em sua cadeia produtiva.

Um melhor entendimento da técnica de processamento de solda de
termoplásticos por ultrassom requer um conhecimento das resinas termoplásticas,
dos equipamentos empregados, e um estudo das juntas de soldagens a serem
utilizadas sempre através de profissionais capacitados, fazendo com que haja maior
e melhor utilização do corpo produtivo.




OBJETIVO
O objetivo do trabalho é a possibilidade de uma maior divulgação do uso do
processo de solda por ultrassom, demonstrando sua viabilidade e versatilidade,
através da rapidez, limpeza e baixo custo produtivo.




METODOLOGIA
Para realização deste trabalho será utilizado à metodologia de pesquisa
bibliográfica para revisão de literatura do tema proposto.




1. HISTÓRICO

Em 1846, Christian Schonbien, químico alemão, tratou o algodão com ácido
nítrico, dando origem a nitrocelulose, primeiro polímero semi-sintético.
1


O primeiro produto caracterizado como plástico surge do resultado de um
concurso realizado em 1860, quando os Estados Unidos fabricante de bolas de
bilhar e Phelan Collander ofereceram uma recompensa de US$ 10.000 a um
substituto aceitável para o marfim natural, utilizado até então para a fabricação de
bolas de bilhar.

Um dos competidores foi o inventor americano Wesley Hyatt, que
desenvolveu um método de processamento usando nitrato de celulose de baixa
nitração feito anteriormente com cânfora e uma quantidade mínima de álcool
solvente.

Enquanto não ganhava o prêmio, o seu produto, patenteado com o nome de
filme foi utilizado para fabricar vários itens. A película teve um notável sucesso
comercial apesar de ser inflamável e sua degradação por exposição à luz. Foi
produzido pela dissolução de celulose, um carboidrato obtido a partir de plantas em
uma solução de cânfora e etanol.

Com ele começou a fazer diversos objetos como facas, alças, armações e
lentes para filme. Sem o produto, não poderia ter começado a indústria
cinematográfica no final do século XIX.

Pode ser repetidamente amolecido e moldado novamente pelo calor,
tornando-se uma embalagem de termoplásticos
2
.


_____________
1
BILMEYER, F. Textbook of Polymer Science : Wiley, 2 ed, 1971.
2
http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/JohnWesH.html





Em 1909, o americano químico belga Leo Hendrik Baekeland, sintetiza um
polímero a partir de moléculas de fenol e formaldeído. Este produto era de difícil
solidificação, não condutor de eletricidade e resistente a água e solventes, porém de
fácil fabricação vindo a ser chamado de Bakelite.

Os plásticos são caracterizados por sua resistência, alta densidade e
propriedades de isolamento elétrico, em como boa resistência a ácidos, e solventes.
São compostos por moléculas que podem ser do tipo linear ou ramificada.
3


A primeira aplicação do ultrassom no campo industrial surgiu logo após a
segunda guerra mundial com o lançamento no mercado do detector de trincas por
ultrassom.

A limpeza e o desengraxamento de peças por este processo vieram logo em
seguida, assim como muitas outras aplicações em testes não destrutivos (NDT),
como as análises biológicas, emulsificações e muitas outras aplicações. A soldagem
de termoplásticos rígidos só foi totalmente desenvolvida em 1968. (Sonitron, 1988)


2. POLÍMEROS
Polimerização: é a reação química intermolecular pelas qual os
monômeros são ligados, na forma de meros, à estrutura molecular da cadeia.

Figura 1. Molécula de Polietileno

_____________
3
http://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml




O primeiro plástico – material polimérico de alta massa molecular, sólido
como produto acabado - totalmente sintético é hoje conhecido como copolímero, foi
desenvolvido por Baekeland e batizado como Bakelite.
4


Ao contrário dos homopolímeros, que são compostos por idênticos motivos
monoméricos (por exemplo, polietileno), copolímeros são constituídos por pelo
menos dois monômeros diferentes.

Polímeros são compostos de macromoléculas, isto é, são compostos de
moléculas muito longas, feitas da repetição de unidades moleculares fundamentais
denominadas “meros” e podem ser sintetizados a partir da reação de compostos
orgânicos simples chamados de monômeros.



Figura 2. Cadeia de Polímeros5

A combinação da composição química (átomos de baixa massa molecular,
como o carbono, hidrogênio, oxigênio e o nitrogênio), geometria das moléculas
(moléculas longas e unidirecionais) e microestruturas (formadas por um emaranhado
de moléculas com graus de variáveis, de regularidade, mas que nunca permitem a
ocupação do espaço pelos átomos), leva a uma resistência específica (relação entre
a resistência mecânica e a densidade) favorável em comparação aos materiais
convencionais.

_____________
4
http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=2898&bd=1&pg=1&lg
5
Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia da ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO
PAULO Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais.





Como exemplo para esse material sintético temos plásticos: PoliMetacrilato
de Metila, (PMMA) e o Policarbonato (PC), representados na figura abaixo.



Figura 3. Cadeia de plásticos: Polimetracrilato de Metila, (PMMA) e o
Policarbonato (PC)6

Com o aparecimento de materiais termoplásticos como os plásticos de
engenharia, surgiu então a necessidade de processos de soldagem que se
adequassem e permitissem também uma evolução em conjunto com estes novos
desenvolvimentos, além do fator econômico.

Com forte relação quanto à substituição de peças metálicas por resinas
amorfas e várias resinas semicristalinas modificadas e compostos termoplásticos,
sendo mais suscetíveis de serem soldadas sob determinadas condições antes
inexistentes. Como por exemplo, no ramo automotivo temos: tanques de
combustíveis, porta luvas, painéis de portas, pára-choques, componentes de
motores e carrocerias.

Os principais polímeros hoje utilizados nos processos de solda por ultrassom
são: Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS), Poliestireno (PS), Poli Metacrilato de
Metila, (PMMA), Nylon (Poliamidas alifáticas, PA-6, PA-6,6, Poliéster (LPC),
Polipropileno (PP), Policarbonato (PC), e Poli (cloreto de vinila, PVC).



6
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-14122005-151819/ 21/04/09





Os Polímeros Termo fixos são polímeros que formam ligações cruzadas ao
serem aquecidos, tornando-se infusíveis e insolúveis. Ex: Resina fenol-formol, resina
melamina-formol, resina uréia-formol.
Por serem infusíveis e insolúveis não há condições de serem utilizados no
processo de solda por ultrassom.

2.1 Polímeros termoplásticos

Os polímeros termoplásticos são longas cadeias que amolecem quando
aquecidos e pode ser moldado sob pressão. As principais estão caracterizadas a
seguir respeitadas suas características físicas e mecânicas.
Propriedades físicas

 Conformadas mecanicamente repetidas vezes, desde que
reaquecidos,
 São facilmente recicláveis.
 Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos.
 Lineares ou ramificados.
 Temperatura de transição vítrea

As altas temperaturas tornam os polímeros líquidos viscosos, onde as
moléculas estão constantemente em movimento mudando sua forma e deslizando
umas sobre as outras. Já em temperaturas muito baixas, o polímero seria duro,
rígido e frágil. O polímero pode solidificar formando um polímero semicristalino
(simetria em sua formação) ou amorfo (desordem estrutural).

Em alta temperatura torna se um líquido viscoso, e quando resfriado, torna-se
cada vez mais elástico até que ele atinja a temperatura de transição, torna-se um
sólido duro, rígido e frágil, causando uma restrição do movimento molecular, tendo
falta de energia suficiente, devido às baixas temperaturas.








Em temperaturas acima do ponto Tg, onde Tg é a temperatura da passagem
do estado vítreo (líquido) para um estado “maleável”, a deformação é mais extensa e
requer mais tempo, porque as moléculas agora têm mais liberdade de mudar
continuamente sua forma e em certa medida a sua posição.

O esforço de estabilização tende a orientar as moléculas de configurações a
fazer, por exemplo, um esforço de tensão estendendo as moléculas em sua direção,
produzindo um alongamento da amostra.

Se a temperatura é mais elevada, mas muito próximo da Tg, a deformação é
praticamente reversível e é devido ao rearranjo de curtos segmentos das cadeias.

Entre os pontos de Tg e Tm - temperatura de fusão, o material é plástico
semicristalino, porque as cadeias estão ordenadas, o que dificulta o seu movimento,
já os materiais amorfos tendem a ficar em estado borrachoso. (TURI 1981).


Figura 4. Estado Vítreo e borrachoso

Um polímero parcialmente cristalino geralmente tem uma maior resistência
mecânica para o mesmo material com estrutura amorfa. O módulo ou aumento da
resistência é maior devido ao grande número de espaçamento dos espaços
regulares e intermoleculares na estrutura do cristal.

Em polímeros amorfos, o número dessas interações é menor e seu
espaçamento é errático, e que os esforços para se aplicar, dificulta o esticar ou a
deformação livre.






Figura 5. Variação de transparência

Propriedades Mecânicas
A Resistência indica quanta tensão é necessária para que haja o rompimento
da cadeia polimérica. Existem vários tipos de resistência.

A resistência à ruptura é importante para um material que vai ser exigido à
tração ou estará sob tensão. As fibras têm de ter boa resistência à tração. Depois,
há a força de compressão.

Existe também a resistência à flexão. Um polímero é resistente à torção,
quando submetido à um determinado torque. A resistência ao impacto também é
classificada.

Alongamento
Aas propriedades mecânicas de um polímero se referem não só para saber o
quão duro ele é, o alongamento é um tipo de deformação.

Deformação é simplesmente a mudança física obtidas nas experiências sob
tensão. Quando falamos de tensão, o modelo é deformado por alongamento,
tornando-se mais longo de onde se origina o termo alongamento. Convencionou-se
a chamar percentual de alongamento, que é o comprimento da amostra após
alongamento (L) dividido pelo comprimento inicial (L0), e multiplicado por 100.





Existem muitas coisas relacionadas ao o alongamento, dependendo do tipo
de material a ser estudado. Duas importantes medidas são o alongamento final
elástico e alongamento. O alongamento final é crucial para todos os materiais e
representa uma medida final da amostra, antes de se quebrar.

Coeficiente Elástico é a percentagem de alongamento que pode ser
alcançada sem uma deformação permanente da amostra. Ou seja, quanto você
pode esticar, tornando-a voltar ao seu tamanho original após suspensão tensão. Isto
é importante se o material é um elastômero. Elastômeros têm de ser capazes de
esticar um pouco e, em seguida, recuperar o seu tamanho original. A maioria deles
pode chegar a ser esticados de 500% a 1000% e retornar ao seu tamanho original.

Podemos ver no quadro abaixo a curva verde, de plásticos rígidos, tais como
o polietileno, poli (metil metacrilato ou policarbonato) podem suportar uma grande
pressão, mas não muito alongamento antes de quebrar. Existe uma grande área sob
a curva.

Figura 6. Polímeros termoplásticos

Então, dizemos que esses materiais são difíceis, mas não muito duros. Além
disso, a inclinação é muito íngreme, o que significa que deve exercer uma força
maior para deformar um plástico rígido. Por isso, é fácil ver que os módulos de
plástico rígido são elevados. A curva de plástico rígido tende a ser resistente,
suportar a pressão, mas não costuma ser rígida, ou seja, são materiais frágeis.




O plástico flexível, tais como o polietileno e o polipropileno, e os plásticos
rígidos diferem no sentido em que não suportarão a pressão, mas tendem a ter mais
resistência à ruptura. O módulo inicial é elevado, por isso por um tempo resiste a
deformação, mas se for demasiada a tensão exercida sobre um plástico flexível irá
deformar.

É o que se pode verificar em sacos plásticos usados no ambiente doméstico.
Se o trabalho exigir maior tensão no início, uma vez esticado, depois de certa
resistência tende a se alongar com maior facilidade. Logo podemos dizer que o
plástico flexível pode não ser tão forte como rígido, mas são muito mais resistentes à
tração.

É possível alterar o comportamento de um estiramento - tensão através de
aditivos plásticos chamados plastificantes. Um plastificante é uma pequena molécula
que torna o plástico mais flexível.

Por exemplo, sem plastificantes, poli (cloreto de vinila) ou PVC, é um plástico
rígido que é utilizado em canos de água. Mas com plastificante, o PVC pode ser
flexível o suficiente para o fabrico de brinquedos, infláveis piscinas.

Fibra de carbono, fibra de nylon e tensão são exibidas através da linha azul
que você vê no gráfico acima. Em relação ao plástico rígido, são mais resistentes e
não deformam muito sob fadiga. Mas, quando a resistência é o que é necessário, as
fibras têm muito a oferecer.

Elas são muito mais resistentes que o plástico, e algumas como fibras
poliméricas, fibras de carbono e de polietileno possuem peso molecular ultra alto e
suas resistências à tração são melhores do que aço.

2.1.1 Polietileno (PE)

É obtido a partir do etileno (eteno). Possui alta resistência à umidade e ao
ataque químico, mas tem baixa resistência mecânica.





Os produtos fabricados a partir de polietileno constituem materiais isolantes
elétricos e materiais para embalagem.



Figura 7. Representação química do Polietileno (PE)

2.1.2 Polipropileno (PP)

É obtido a partir do propileno (propeno), sendo mais duro e resistente ao
calor, quando comparado com o polietileno.



Figura 8. Representação química do Polipropileno (PP)

Em vez de etileno em sua molécula, quando da polimerização, as forças
formadas em função da posição do grupo metil podem tomar qualquer das seguintes
três estruturas que tem uma alta cristalinidade, para que suas cadeias possam
produzir resinas de alta qualidade.

1. Isotático, quando grupos metil anexa à cadeia estão no mesmo lado do
plano.






2. Sindiotático quando são distribuídos alternadamente na cadeia.


3. Atático quando são distribuídos aleatoriamente.


Figura 9. (JANG, 1994)

Outras propriedades importantes para sua utilização são a sua dureza,
resistência à abrasão e impacto, as transparências, não toxidade. Utilizado na
fabricação de caixas, brinquedos, bolsas, seringas, pilhas, estofos, tapetes, cordas,
peças automotivas entre outros.

2.1.3 Policloreto de Vinila (PVC)

Este polímero é obtido pelo cloreto de vinila. Existem dois tipos de cloreto de
polivinila, o flexível e o rígido. Ambos têm uma elevada resistência à abrasão e
produtos químicos. Podem esticar em até quatro vezes o seu tamanho.

Para a soldagem de produtos por ultrassom apenas o material rígido é
utilizado, e dá-se preferência para material de cores não transparentes, pois com a
indução de aquecimento feito por ferramentas de contato (Sonotrodo) do ultrassom,
o PVC tende a degradar devido a presença de Cloreto.


Figura 10. Representação química do Policloreto de Vinila (PVC)





2.1.4 Poliestireno (PS)

Poliestireno (PS) sendo um dos polímeros mais usados tem boas
propriedades termoplásticas e fácil fabricação. Possui baixa densidade, estabilidade
térmica e principalmente baixo custo. Sendo rígido e quebradiço.

Resina do tipo clara e transparente, com uma vasta gama de pontos de fusão.
Flui facilmente, o que facilita a sua utilização em moldagem por injeção, tem boas
propriedades elétricas, absorve pouca água sendo caracterizada como um bom
isolante elétrico.



Figura 11. Representação química do Poliestireno (OS)

2.1.5 Estireno acrilonitrila (SAN)
Este copolímero tem melhor resistência química e térmica, maior rigidez que o
poliestireno. Contudo, não é transparente, por isso, é usado em artigos que não
exigem clareza óptica. Algumas das suas aplicações de fabricação são artigos
domésticos.



Figura 12. Representação química do Estireno acrilonitrila (SAN)





2.1.6 Copolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)

Este polímero é tido como um plástico rígido com elevada resistência
mecânica e dos poucos termoplásticos que combinam resistência com tenacidade
Suas qualidades são um amolecimento à baixa temperatura, baixa resistência a
substâncias químicas ambientais.

Por outro lado, vários copolímeros contendo unidades estruturais importantes,
em alguns casos fazem parte do estireno para modificar as propriedades dos
polímeros. A intenção é proporcionar ao polímero constituído por esses monômeros
que cada uma de suas propriedades materiais sejam realçadas, por exemplo o
acrilonitrila dá resistência química, flexibilidade; butadieno e estireno transmitem
rigidez ao material exigido pela aplicação específica.

A taxa de cristalização de polímeros cinética depende de fatores que afetam a
capacidade dos segmentos da cadeia para caber em suas posições dentro da rede
cristalina. Estes fatores são: Flexibilidade de moléculas.

Para cristalizar um polímero, as moléculas devem dispor de elasticidade, ou
seja, os móveis devem ser colocados em posições precisas durante o processo de
cristalização. Uma das cadeias poliméricas mais flexíveis é a do polietileno, cujos
segmentos movimentam-se facilmente e isso explica a tendência para cristalizar.

Para avaliar isso, usamos uma projeção em que nós imaginamos para ver um
segmento de dois carbonos, ao longo do eixo da cadeia. Quando os átomos de
carbono giram, e chegam a estar juntos nesta posição, a repulsão entre eles é
máxima. Quanto maior o tamanho de átomos ou grupos químicos, maior é a
polaridade, mais forte é a repulsa, e mais difícil é a movimentação da molécula
tornando-a menos flexível.

No polietileno todos os substituintes são átomos de hidrogênio e, em seguida,
repelem-se, embora o seu tamanho seja pequeno e as moléculas de polietileno são
bastante flexíveis, permitindo a fácil cristalização, especialmente quando não têm
grupos pendentes, como no caso de polietileno de alta densidade.




Em contraste, o cloreto de polivinila, é um dos componentes do átomo de
cloro de grandes dimensões e alta polaridade. A resistência à rotação dos
segmentos é muito grande, e o PVC rígido é um polímero com grau de cristalinidade
que raramente ultrapassa os 20%.

Quando se deseja um polímero transparente, seleciona-se um polímero
amorfo, o poliestireno é um dos que possui esta qualidade. As qualidades de alta
polaridade e alta cristalinidade são essenciais para uma boa fibra formando
polímero. Só então é que a resistência à ruptura é necessária.

Alguns grupos:
O grupo de metilo propileno, impede a rotação dos grupos e força a molécula
à ter uma forma helicoidal, o que minimiza as interações entre estes grupos metilo
com outros átomos na molécula de polipropileno. O resultado é uma densidade
muito baixa (0,91) pelo espaço livre que permanece no interior da espiral. Se os
grupos alquílicos são maiores, adjacentes moléculas estão separadas, deixando-as
mais livres e volume do polímero torna-se mais flexível, mais baixa temperatura e
baixa densidade.

Mas quando estas cadeias laterais alcançam considerável comprimento, com
10 a 12 átomos de carbono, e não tem ramificações, torna-se possível a
cristalização pelas leis de tais correntes, quer no interior da molécula ou entre
moléculas adjacentes diferentes termos de recristalização.

O efeito da temperatura sobre a cristalização de polímeros é conflitante. Por
um lado, exige altas temperaturas para transmitir ao polímero moléculas suficiente
energia cinética (mobilidade) e pode acomodar na rede cristalina. Mas apenas a
baixas temperaturas permanecerão estáveis em formulário nos cristais.

O equilíbrio entre estas duas condições produz uma taxa máxima de
cristalização, a uma temperatura entre diferentes fatores que determinam o grau de
cristalinidade Influência da cristalinidade nas propriedades.






Existem dois fatores estruturais que favorecem a cristalização em polímeros.
 A regularidade da estrutura molecular torna possível acomodar as
moléculas em uma rede cristalina.
 A polaridade das moléculas aumenta a atração entre canais
adjacentes e, consequentemente, a atração que tende a colocá-los
ordenadamente no vidro e segure-o firmemente.

Constituição Estrutural
a) Simetria: a presença de fenileno, anéis de uma cadeia podem dar origem a
três diferentes estruturas. Destes, o primeiro é a maior simetria e um
polímero é mais cristalino que os outros;

b) Átomos de número par: de carbono entre os grupos funcionais, no caso
dos poliésteres e poliamidas cristalizam melhor os materiais com o
mesmo número de carbonos entre o grupo amida ou ésteres, tendo
maior cristalinidade, maior ponto de fusão;

c) Táticas: polímeros isotáticos e sindiotáticos são cristalinos e possuem
estruturas regulares, enquanto os atáticos são amorfos. Polímeros
isotáticos são mais cristalinos que os sindiotáticos, possuem maior
resistência, maior densidade, maior temperatura, são mais
resistentes à ação de solventes, e têm menos transparência, em
comparação com o mesmo material na variedade atática;

d) Ramificações: O exemplo mais claro das repercussões sobre a
cristalinidade do polietileno. Estas ramificações são de difícil
alinhamento das cadeias e sua colocação ordenada por grau
decrescente de cristalinidade, deixando grandes espaços entre as
cadeias e, portanto, o material tem uma densidade mais elevada.
Portanto, as forças de atração entre canais adjacentes não podem
funcionar plenamente, e de ser menos força de coesão, o calor mais
facilita a separação e as cadeias poliméricas amolecem a baixas
temperaturas, tem menor rigidez, melhor resistência impacto e uma
maior transparência e flexibilidade que a alta densidade;




e) Peso molecular: Os grupos químicos que estão nas extremidades da
cadeia, não são o mesmo que o resto das restantes unidades
estruturais de estrutura regular. Eles também têm uma maior
mobilidade, uma vez que estão vinculadas à cadeia, em um lado.
Estes dois fatores que interferem com cristalização. Tal como o
baixo peso molecular, polímeros têm uma elevada concentração de
extremos, eles também têm, em geral, uma baixa cristalinidade.
Além disso, polímeros de alto peso molecular são difíceis de se
cristalizarem, porque são muito longas suas cadeias embaraçar
mais. A consequência disto é que, para cada polímero, há um
intermediário de peso molecular que possuem o máximo grau de
cristalinidade;

f) Plastificantes: Os plastificantes são substâncias que são adicionadas aos
polímeros para introduzir uma maior flexibilidade. Se incorporar um
plastificante de um polímero cristalino, a cristalinidade é reduzida,
torna-se mais flexível e amolece a baixas temperaturas.

Em polaridade vimos o que é necessário para assegurar a regularidade
estrutural no polímero à cristalinidade. Além disso, se as forças polares entre átomos
e grupos químicos em moléculas adjacentes são suficientemente elevadas, as forças
que favorecem a organização serão maiores e os cristais manterão sua identidade
em altas temperaturas.

Assim, a temperatura está relacionada com a polaridade dos polímeros. A
solubilidade dos polímeros, isto é, sua interação com vários tipos de solventes, é a
forma mais comum para avaliar a polaridade das moléculas do polímero. Coesa
densidade energética (DEC) do líquido depende da magnitude das forças
intermoleculares atração, que se opõem a pulverização.

Podemos distinguir dois tipos de regiões: o cristal, na qual as cadeias
dobradas várias vezes em ziguezague alinhamento formando grupos chamados
cristalitos e amorfa e regiões onde as cadeias enredar em um completo caos.





A proporção ou a percentagem de áreas cristalinas podem ser muito elevadas
como no olietileno em nylon e celulose. Nesses casos pode-se presumir que o
material contém uma única fase, que é cristal, mas com muitas falhas.

No entanto, se o polímero cristaliza a partir de uma solução diluída, único
cristais podem ser obtidas com estruturas bem definidas, tais como o polietileno, que
se distinguem pelos chamados lamelas formadas cadeias dobrados sobre si
próprios, em muitas vezes. Um muito rápido arrefecimento pode reduzir o grau de
cristalinidade.

“Os cristais também podem ser agrupados em outras formas, gerando fibras,
a formação de fibrilas em vez de depender de fatores tais como a flexibilidade da
cadeia e as interações entre eles, o peso molecular do polímero, a taxa de
resfriamento e, em muitos casos do tipo de esforço a que está sujeito o material
durante o processamento.

O Fibrilar dos cristais pode ocorrer na extrusão ou injeção, ou durante o
processo de correção de alguns materiais que são utilizados nos têxteis (nylon e
poliéster). ”
7





Figura 13. Estrutura lamelar do PEAD (HSUAN, 2000)


_____________
7
http://www2.ufp.pt/~madinis/Trabalhos/CMAT/2003_2004/Pedro%20e%20Victor.pdf




A soldagem por ultrassom pode proporcionar a união de termoplásticos de
uma mesma estrutura molecular e também algumas uniões de materiais de
estruturas compatíveis, conforme tabela abaixo (USPS, 1990).



Tabela 1. Compatibilidade de materiais

Resultado de Soldagem entre diferentes materiais
8




Tabela 2. Resistência / Local de ruptura
_____________
8
http://www.usps.com.br




3. ULTRASSOM
O SOM é caracterizado por vibrações - variação de pressão no ar, cuja faixa
de frequência se estende de 16 Hz a 16.000 Hz. Para o ultrassom esta faixa está no
intervalo de 16KHz a 1 MHz sendo a sensibilidade do ouvido humano capaz de
detecta-lo na faixa de 16 Hz a 16 KHz.



Figura 14. Região de Frequência do som

Todo movimento provoca um som e todo som provoca um movimento. Assim
sendo, podemos direcionar essa energia de acordo com nossos desejos, de forma a
fazer com se provoque (desde que se queira) movimentos calculados, provocando
uma reação de forma a gerar a reação esperada.

Tabela 3. Conceitos da Física do Ultrassom
9

_____________
9
ISSN 1518-7179 Novembro, 2003 - Clovis Isberto Biscegli p.09

Velocidade de propagação Metros/segundo
Ar 330
Água 1500
Gordura 1430
Músculo 1620
Tecidos moles 1540
Osso 3500




A propagação do ultrassom pode ser ilustrada através do movimento de um
diapasão no meio de propagação, conforme Figura 15.
 Quando o diapasão entra em movimento expandindo-se há
compressão do sistema, comprimindo as moléculas mais próximas,
representada no primeiro nodo da onda.
Quando entra em equilíbrio não há compressão e nem expansão
próximo do diapasão.
Quando (se comprime, ocorre descompressão do sistema de moléculas
do meio de propagação.
Portanto, o movimento do diapasão causa um movimento periódico de
compressão e expansão das moléculas adjacentes, resultando na propagação das
ondas ultra-sônicas.


Figura 15. Ondas de pressão no ar produzidas por diapasão

O que se pretende é gerar energia necessária e conduzi-la através de uma
máquina de solda a fim de fazer com que as regiões a serem soldadas de um
produto que contenha materiais termoplásticos, possam passar pela região elástica
e chegar à região plástica (ponto de fusão).

Como o ultrassom está fora da frequência audível do homem, pode ser
empregado com intensidade bastante alta.





A peça a ser soldada recebe uma pressão perpendicular de forma pneumática
através de uma ferramenta chamada Sonotrodo, que por sua vez recebe uma
vibração através do Transformador Acústico (cuja função é repassar a ferramenta
um aumento ou diminuição da amplitude).

Toda essa vibração mecânica é realizada através do Transdutor Acústico
(ferramenta que transforma energia elétrica em mecânica). A fonte geradora
alimenta o transdutor com energia elétrica de alta frequência.

Dentre os processos disponíveis destacam-se a soldagem por ultrassom,
vibração linear ou orbital, solda eletrônica por alta frequência, fricção rotativa e placa
quente. Começam a ganhar mercado também os equipamentos a laser e por raios
infravermelhos, ainda sem fabricação local.



Figura 16. Gerador de Solda por Ultrassom com pistola e sonotrodo. Menor
gerador fabricado no Brasil, freqüência de 20KHz, potência 1600W.

Imagem cedida por TUTTO BUONO COMÉRCIO DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
INDUSTRIAIS LTDA.





4. CONJUNTO ACÚSTICO

É composto de sonotrodo, transdutor e transformador acústico, sendo fixado à
prensa pneumática que tem como função pressionar o conjunto acústico fazendo
com que o sonotrodo ao fazer o contato sobre parte da peça, faça uma pressão
suficiente para a contra peça, causando um cisalhamento entre as regiões, e
posteriormente o afastamento da mesma.

A fonte geradora ou o gerador propriamente dito é o elemento motriz de todo
o equipamento, alimentando de energia todo o conjunto acústico para que possa
atuar.

A utilização da soldagem por ultrassom pode proporcionar desde um
fechamento hermético, uma resistência estrutural e preservar as características
físico-químicas de uma peça sem e ou rachaduras no produto.

Usando frequência ultrasônica podemos dosar grandes quantidades de
energia em uma determinada carga sem necessitar de grandes deslocamentos ou
forças.

Um kilowatt de potencia fornecida a um sonotrodo vibrando 20.000 vezes por
segundo, a uma distancia de 0,0125mm requer uma força de reação da carga de 25
kg. isto equivale a aproximadamente 4.000 Kg de força exercida através de uma
distância de 25 mm durante um segundo. (SONITRON, 1998).

A energia requerida e que deverá ser aplicada diretamente ao termoplástico é
o produto da velocidade de contato entre e o seu sonotrodo pela força de reação ao
movimento do sonotrodo produzida pela peça, isto está relacionado pela pressão
exercida pela prensa pneumática sobre a peça.

A amplitude de vibração e a pressão exercida deverão ter sempre uma
relação específica para cada aplicação.






Quando uma peça, devido à sua dimensão e material termoplástico requer
uma maior carga mecânica pelo sonotrodo (provocados pela necessidade de uma
amplitude ou pressão maiores do que os utilizados), essa necessidade deverá ser
suprida pelo Gerador de Ultrassom através de uma carga elétrica proporcional, caso
contrário o equipamento possui um dispositivo que será acionado automaticamente
provocando uma condição de sobrecarga fazendo com que o sonotrodo deixe de
fornecer energia a peça a ser soldada. Os modernos geradores de ultrassom já
empregam controle automático de amplitude.

A soldadora de termoplásticos por ultrassom mais utilizada no mercado
industrial, é composta por 3 (três) componentes:
Fonte Geradora
Conjunto Acústico
Prensa Pneumática

4.1 Sonotrodos

Ferramentas que possuem formas geométricas de acordo com o produto ou
região a ser soldada. Os materiais mais utilizados para a fabricação no Brasil são o
alumínio, titânio e aço.
As formas mais utilizadas na fabricação de sonotrodos:

Figura 17. Formas senoidais













Sonotrodos bi cilíndricos são os usinados
com diâmetros diferentes, mas constantes, com
um suave raio na área para a suave curva nodal
Sua forma permite a colocação na área para
encaixe de diferentes formas.

Sonotrodo Exponencial: Possuem uma
curva de fadiga ideal do material, mas uma
pequena amplitude (geralmente 1 / 3). Este tipo
de sonotrodo é o mais utilizado em aplicações de
inserção de insertos metálicos.
Sonotrodo catenoidal: combina as
vantagens da curva suave da senóide. O
sonotrodo tipo exponencial possui grande
amplitude assim como os bi cilíndricos. Seu
fator de amplificação pode chegar 1/8.


Sonotrodo Retangular:
Normalmente o sonotrodo retangular
possui uma pequena curva senoidal
dos bi cilíndricos. Chegam a 90 mm
de largura. Com faixas, você pode
chegar a 440 mm, com uma série de
medidas, de comprimento e largura.






















Sonotrodo Cilíndrico: Fabricados em média
de 90 mm de diâmetro atingindo até 120 mm,
mas quanto maior essa dimensão a
condutividade de energia vem a ser problemática
devido à sua geometria.

Sonotrodo Cúpula: Possui uma
cavidade interior. A espessura das paredes
deste tipo de sonotrodo não deve ser inferior
a 6 mm.

Sonotrodo Composto: As peças de um sonotrodo composto que
pela sua forma geométrica, tamanho ou material não podem ser
fabricados como uma ferramenta normal. É fabricado um máster em
alumínio, e suas pontas em titânio, alumínio ou aço. Elas geralmente
mais utilizadas para soldar diferentes partes de uma mesma peça ao
mesmo tempo.





4.2 Transformador Acústico

Essa ferramenta é uma haste metálica (duralumínio), com comprimento de
meia onda e com uma determinada massa, dando o equilíbrio necessário de
amplitude dependendo da peça a ser soldada. É responsável pela transmissão da
energia ideal para a soldagem, aumentando a amplitude, logo por consequência
aumentando a velocidade de propagação de energia, fazendo com que haja o
aumento ou diminuição de calor nas juntas de solda da peça.

Faz se uma co-relação como sendo uma caixa de câmbio de um automóvel.
Seu princípio baseia-se na relação de massas entre a parte superior e a inferior,
todos os corpos submetidos a ondas ultrasônicas, de uma mesma frequência e
ressonância, possuem uma zona nodal (zona onde se colidem o ponto de inversão
de onda ultrasônica). Catálogo TIRONI ULTRASONIDOS.


Abaixo, uma figura que demonstra as curvas de amplitude correspondentes a
cada tipo de transformador acústico.

Figura 18. Curvas de amplitude
FA = A / B




4.2.1 Transdutor Acústico

As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores ultra-sônicos, também
chamados simplesmente de transdutores, cuja principal finalidade é o de modificar
em vibrações mecânicas o sinal elétrico o qual foi aplicado ao mesmo.

O quartzo e a turmalina, cristais naturais, são piezo elétrico (materiais com
polaridades positiva e negativa) e podem ser utilizados em transdutores.



O cristal, para ser usado como transdutor, deve ser cortado de forma que um
campo elétrico alternado, quando nele aplicado, produza variações em sua
espessura. Dessa variação resulta um movimento nas faces do cristal, originando as
ondas sonoras. Cada transdutor possui uma frequência de ressonância natural, tal
que quanto menor a espessura do cristal, maior será a sua frequência de vibração

Os transdutores são compostos em uma configuração adequada, fazendo
com que seus cristais piezo elétricos quando submetidos a uma carga eletrostática
gerem tensões mecânicas ao longo de um eixo, de forma recíproca, recebem
esforços mecânicos sobre sua superfície fazendo com que se apareça cargas
elétricas, fenômeno pelo qual é conhecido como piezo eletricidade e foi descoberto
em 1.880 PELO CASAL CURIE e consiste na variação das dimensões físicas de
certos materiais sujeitos a campos elétricos.

O Total aproveitamento deste efeito, só se dará quando todas as partes
constituídas do transdutor estiverem sintonizadas na frequência determinada e
pressão mecânica do conjunto (Sonitron, 1999).





Figura 19. Transdutor

4.2.2 Gerador Ultrasônico

O Gerador Ultrasônico ou a Fonte Geradora tem a finalidade de transformar
energia elétrica (60 Hz) em energia elétrica de alta frequência. Normalmente as
máquinas utilizadas para soldagem de termoplásticos utilizam uma frequência de
15kHz, 20kHz, 30kHz, 35kHz e 40 kHz.

A fonte geradora ou gerador ultrasônico transforma os 60hz da rede elétrica
em energia elétrica de alta frequência. A maioria dos equipamentos fabricados para
processamento de termoplásticos opera com frequência de 20.000Hz. As fontes
geradoras são hoje projetadas com modernos componentes em estado sólido,
sendo mais eficientes e mais seguras do que as anteriormente fabricadas com
válvulas.

No caso de uma fonte geradora para uso externo ou para equipamentos
especiais, há uma caixa metálica onde são montados seus controles como: chave
liga-desliga, ajuste de sintonia, teste de ultrassom, teste pneumático, indicador de
carga, indicador de sobre carga e os controles do programador de tempo.

As modernas fontes geradoras estão equipadas com um módulo de controle e
proteção, cuja função é detectar e corrigir condições irregulares de funcionamento,
dando maior segurança ao equipamento; esse módulo impede que a fonte seja
ativada com cargas acima da capacidade de trabalho, impede também que a fonte
seja ativada com o conjunto fora de sintonia, com sonotrodo inadequado, solto ou
trincado.




As fontes geradoras são projetadas para alimentar o transdutor de forma que
o mesmo vibre com uma amplitude específica (0,0125mm) e constante. É muito
importante que a amplitude do sonotrodo permaneça constante sob a pressão que
lhe é aplicada durante o período de soldagem.

Se no momento de aplicação da carga no sonotrodo a amplitude for reduzida,
a quantidade de energia transmitida para a área de soldagem também será
reduzida, ocasionando uma soldagem fraca ou aumentando o ciclo de soldagem.

A fonte geradora deve manter a amplitude do transdutor sempre constante
dentro de sua potência específica de operação. A potência das fontes geradoras é
dada em watts de saída, que são medidos na face radiante do sonotrodo com carga
aplicada. As fontes geradoras são constituídas com potências que variam de 300 a
2.000 watts de saída a 20.000 Hz.

Porém devemos observar que o uso da uma fonte geradora de grande
potência, não significa que essa maior potência será transmitida para a carga ou
soldagem, pois sabemos que é a carga que determina a potência necessária.

A potência exigida de duas fontes geradoras com potência de saída maior ou
menor será sempre a mesma, a menos que sejam modificadas as condições de
carga (amplitude do sonotrodo, pressão, etc.)


Figura 20. Conjunto Acústico





Reações Poliméricas
O processo de soldagem por ultrassom, se dá da seguinte forma: através do
sonotrodo transmitindo energia ultrasônica, gerando agitação molecular, que
impulsiona o seu espalhamento em direção ao fundo. Este fluxo de energia produz a
elevação instantânea na mesma temperatura do ponto de fusão. Uma vez que
realizada a união através deste atrito, neste momento o material é resfriado.

A principal diferença entre eles é que os materiais amorfos não possuem uma
definição quanto ao ponto de fusão, enquanto os materiais semi cristalinos possuem
esta definição e consequentemente necessidade de uma temperatura de fusão mais
elevada e um tempo de soldagem por ultrassom maior.

O alinhamento das cadeias poliméricas dos materiais semi cristalinos
dificultam a transmissão de energia. Esta necessidade de alta amplitude o gerador
ultrassônico e o conjunto acústico tende a suprir.

MATERIAL NOME AMORFO SEMI CRISTALINO
PC POLICARBONATO
PS POLIESTIRENO
SAN ESTIRENO-ACRILO-NITRILA
ABS ACRILONITRILA-BUTADIENO-ESTIRENO
PMMA POLI METACRILATO DE METILA
PVC POLI CLUORETO DE VINILA
PSO POLISULFONA
CP PROPIONATO DE CELULOSE

CA ACETATO DE CELULOSE

CAB ACETOBUTIRATO DE CELULOSE

PES POLI-THERSULFONA

PPS

PP POLIPROPILENO

PPO POLIOXIMETILENO

PA POLIAMIDA

PE (LDPE) POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE

PE (HDPE) POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE

POM POLIOXIMETILENO, RESINAS ACETÁLICAS

PBTP Poli





Métodos de aplicação

a. Solda contínua (USPS, 1990)

Os ferramentais ultra-sônicos (Horn e Bderço) são fixos. O trabalho é
executado através do deslocamento da peça a ser processada. Ex.: filmes, lenções,
etc.




b. Direta e a ponto (USPS, 1990)

Os ferramentais ultra-sônicos (Sonotrodo e Berço) transferem a gravação das
faces de trabalho às peças processadas. Ex.: embalagens, peças sopradas, chapas,
etc.





c. Por Transmissão (USPS, 1990)

A ferramenta ultra-sônica (sonotrodo) transmite a vibração de alta freqüência
à peça. A vibração se propaga da face de contato até as interfaces.




As interfaces se fundem através do aquecimento provocado pelo atrito
resultante da vibração. Ex.: peças injetadas em geral.




Juntas de solda por transmissão (USPS, 1990)

O processo de solda por transmissão requer juntas especiais para
proporcionar uma solda limpa e eficiente





















A - Não recomendado para
peças que necessitem de
hermeticidade.
Espessura W = 1,0 ~ 2,0 mm
Folga de acoplamento d = 0,2
~ 0,5 mm Espessura da região
de solda X = W/2.
B - Em peças com paredes finas (W
< 1,0 mm) recomendamos adotar as
dimensões abaixo para evitar
deformação externa e/ou interna do
Produto.
Espessura W <_ 1,0 mm
Folga de acoplamento d = 0,3 ~ 0,5
mm.
Espessura da região de solda X =
W/3.



















C - Em peças com paredes finas (W <
1,0 mm) de materiais amorfos,
recomendamos adotar o perfil ao lado
com as dimensões abaixo para evitar
deformação, externa ou interna e
possíveis trincas.
Espessura W <_ 1,0 mm
Folga de acoplamento d = 0,3 ~ 0,5 mm
Espessura da região de solda X = W/2.


D - Em peças que necessitam de
hermeticidade e resistência mecânica
de solda.
Espessura W = 1,0 ~2,0 mmFolga de
acoplamento d = 0,3 ~ 0,8 mm.
Espessura da região de solda X =
W/2 Ângulo o = 45º ~ 60º.
E - Em peças que necessitam de
hermeticidade e resistência
mecânica de solda com tendência
de deformações externas e trincas.
Espessura W = 1,0 ~ 2,0 mm
Folga de acoplamento d = 0,3 ~ 0,8
mm
Espessura da região de solda X =
W/2
Ângulo o = 45º ~ 60º.





















F
























F - Em peças de grande porte
que necessitam de
hermeticidade e grande
resistência mecânica de solda,
sem ocasionar rebarbas
internas e externas.
Obs.: Não projetar
interferências nas paredes de
soldagem ( figs. F' e F" ).
Existem casos onde X = X'
Espessura W = 1,0 ~ 2,0 mm
Folga de acoplamento d = 0,2
~ 0,5 mm Espessura da região
de solda X = W/3; X' = W/4;
Largura Y = X.
G - Em peças que necessitam
de hermeticidade e resistência
mecânica de Solda.
Espessura W = 1,0 ~ 2,0 mm
Altura h = 1,0 ~2,0 mm Folga
de acoplamento d = 0,3 ~ 0,6
mm Obs.: Altura h pode variar
de acordo com o tipo de
geometria e material da peça.
H - Em peças que são pré-
montadas e soldadas através
de pinos.
Comprimento l = Profundidade
l' + 0,2 ~ 0,5 mm













d. Rebitagem (USPS, 1990)

A ferramenta ultra-sônica transmite as vibrações à um pino, o qual é
conformado de acordo com a cavidade existente no mesmo. Método utilizado para
união entre materiais incompatíveis. O processo ultra-sônico proporciona inúmeras
vantagens sobre os sistemas convencionais, devido a rapidez, limpeza e o trabalho
com a ferramenta fria.



Tipos de Pino de Rebitagem (USPS, 1990)




I - Exemplo de montagem
especial.
Fixação do espelho da
embalagem de pó compacto.




Resultados de teste de resistência de peças rebitadas (USPS, 1990)



Corpo de Prova A Corpo de Prova B



e. Inserção (USPS, 1990)

A ferramenta ultra-sônica transmite as vibrações à peça provocando o atrito
entre as peças e ocasionando a fusão de interferência. O excesso de material é
alojado nos detalhes do inserto metálico, proporcionando a resistência desejada.









Vantagens do método de inserção ultrassônica
Evita a sobre-injeção
Proporciona maior rapidez de processamento
Minimiza risco de molde de injeção
Minimiza risco de operador de injeção
Minimiza tensão nas peças para tratamento posterior.


Tipos de Insertos Metálicos (USPS, 1990)




f. Desgalhamento (USPS, 1990)









Figura 21. Máquina de Solda por Ultrassom.
Imagem cedida por TUTTO BUONO COMÉRCIO DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS
INDUSTRIAIS LTDA





5.CONCLUSÃO
A soldagem por ultrassom trazida ao Brasil desde a década de 60 destacou-
se devido à rapidez do processo e facilidade no processamento além de sua
limpeza.

Levando-se em conta, porém algumas características das peças e materiais
utilizados, como o coeficiente de atrito, condutibilidade térmica, módulo de
elasticidade, resistência ao impacto, temperatura de fusão, as vantagens técnicas e
econômicas estão trazendo à soldagem por ultrassom um crescimento cada vez
maior deste tipo de processo.

O processo se dá através de energia transmitida às áreas de contato
possibilitando a fusão e união de termoplásticos que ao seu término é capaz de
preservar as propriedades físicas químicas de uma peça formada por seções entre
si, tendo condições de proporcionar fechamento hermético, e manter sua resistência
estrutural.

Na área da indústria de autopeças, o destaque que impulsiona o crescimento
de sua utilização é sua alta repetibilidade e automação das linhas de produção
dando qualidade de acabamento, fazendo deste setor seu principal parceiro na
utilização e divulgação.

A adequação às peças tanto de tamanho reduzido ou de grandes dimensões
através de vários sonotrodos montados em sistema de cabeçotes múltiplos tanto
para grandes lotes como para pequenos, fazem deste sistema um dos mais
econômicos em se tratando de custo benefício.

A diversificação de soldagem de termoplásticos com que a as indústrias de
embalagens, têxtil, eletroeletrônicos, hospitalares e eletrodomésticos utilizem da
soldagem por ultrassom de diversas maneiras através de seus produtos.






No setor têxtil, a rapidez e limpeza fazem com que seus produtos como:
máscaras, sapatilhas hospitalares, lingeries, etiquetas e colchas utilizem o processo
para um melhor acabamento.

A indústria de embalagem laminadas ou coextrudadas tornou-se um
importante usuária do sistema devido à necessidade de resistência de soldagem e
fechamento hermético em muitos de seus produtos.

À respeito aos materiais a serem utilizados, se verifica é que as resinas
amorfas têm uma maior facilidade de soldagem por ultrassom devido à sua
desordem estrutural, possibilitando uma transferência de energia muito mais rápida,
o que proporciona um processo sem que haja um comprometimento de resistência
do produto e de sua estrutura apesar de haver uma pressão mecânica através do
ferramental.

Já o que pode dificultar nos materiais semicristalinos seria seu ordenamento
molecular, necessitando de maiores níveis de energia para que se quebrar sua
estrutura, pois quando da aplicação da energia ultrassônica tende a haver uma
concentração e absorção desta energia. Consequentemente um baixo grau de
transferência, podendo ocasionar uma deformação do produto havendo um excesso
de tempo da operação sem, contudo garantir sua soldabilidade a contento.

Por isso a importância da geometria da peça, a localização e o desenho da
junta de soldagem, tipo de sonotrodo e seu cálculo de relação força/amplitude de
trabalho, a frequência ultrassônica,uma maior ou menor amplitude, e a potência do
gerador utilizado, interferem diretamente para uma bom resultado final, sem que se
possa esquecer das características da resina utilizada. Outros fatores podem alterar
e até dificultar também a soldabilidade por ultrassom, como o uso de desmoldantes
(silicone, estearatos, ceras, etc.).

Assim como o excesso de reforçadores de termoplásticos (talco, fibra de
madeira e fibra de vidro) e que podemos considerar como o maior problema a
higroscopia – capacidade de retenção de água de alguns tipos de resinas.





Uma das formas de atenuação deste problema seria em se fazer o processo
de soldagem por ultrassom logo após sua injeção e ou processos de secagem do
produto anteriores à soldagem por ultrassom.

Outros fatores importantes devem ser considerados como a “memória”
dimensional da peça e contrações pré calculadas que podem ser alteradas caso não
haja a soldagem após o processo de injeção ou quando as peças não são
submetidas a processos de secagem anterior a soldagem.

Embora a união de peças confeccionadas com o mesmo termoplástico
represente a condição ideal de trabalho, é possível soldar por ultrassom materiais
diferentes, desde que possuam temperaturas de fusão e estruturas moleculares
semelhantes.

Aplicações onde a assepsia e ausência de reações químicas no processo de
soldagem fazem com que a soldagem por ultrassom seja a única alternativa a ser
utilizada, excetuando-se as formas geométricas ou dimensões físicas onde o acesso
ao ferramental adequado não se permite.





6.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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SUMÁRIO
Introdução ................................................................................................................... 1
Objetivo ....................................................................................................................... 2
Metodologia ................................................................................................................. 3
1. Histórico ............................................................................................................... 4
2. Polímeros ............................................................................................................. 5
2.1 Polímeros termoplásticos ................................................................................ 8
2.1.1 Polietileno (PE).......................................................................................... 12
2.1.2 Polipropileno (PP) ..................................................................................... 13
2.1.3 Policloreto de Vinila (PVC) ..................................................................... 14
2.1.4 Poliestireno (PS) ....................................................................................... 15
2.1.5 Estireno acrilonitrila (SAN) ........................................................................ 15
2.1.6 Copolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) ............................... 16
3. Ultrasom ............................................................................................................. 22
4. Conjunto acústico ............................................................................................... 25
4.1 Sonotrodos ................................................................................................... 26
4.2 Transformador Acústico ............................................................................... 29
4.2.1 Transdutor Acústico .................................................................................. 30
4.2.2 Gerador Ultrasônico .................................................................................. 31
5. Conclusão .......................................................................................................... 42
6. Referências Bibliográficas .................................................................................. 45