ESPECIFICAÇÃO DE FILMES DE PROTEÇÃO PARA AÇO INOXIDÁVEL Autores: Jo Vansweevelt – Engenheiro Químico ­ Gerente de Produto – Nitto Denko Europa ­ Bélgica. Steve Barbieri – Diretor de Unidade de Negócios – Permacel Estados Unidos. Gerson Iwamoto – Engenheiro Mecânico (FEI) e Mestre em Administração pela FGV/UCLA, Executivo de Negócios Permacel Latin America – Brasil. Resumo Este trabalho propõe­se a explorar os problemas, causas e possíveis soluções para situações cotidianas no processamento de aço inoxidável, através do uso de filmes de proteção aplicados à superfície do material. As informações aqui contidas ajudam a analisar quando vale a pena usar filmes de proteção, qual é o tipo de filme mais adequado para cada aplicação e seu valor agregado x custo. FILMES DE PROTEÇÃO PARA AÇO INOXIDÁVEL 1. INTRODUÇÃO A importância do uso de filmes de pr oteção no processamento do aço inoxidável. O uso do aço inoxidável tem se tornado cada vez mais constante, tido como um acabamento nobre, de alta diferenciação e de grande valor arquitetural, o aço inoxidável há muito tempo deixou de ser apreciado apenas por suas excelentes qualidades técnicas. O aço inoxidável é o material ideal para conservação e processamento de alimentos e bebidas por suas características únicas. Por ser um material com ótimas propriedades estruturais, com uma beleza ímpar, uma boa resistência ao tempo, o aço inoxidável tem conquistado cada vez mais espaço nas(os) mais diversas(os) aplicações/produtos, como panelas, talheres, pias, cubas, fogões, reservatórios de água potável, alimentos, bebidas, acabamento de equipamentos industriais, fachadas de prédios, componentes automotivos, ferragens, acabamentos de portas, fechaduras, ferramentas e muito mais. Por sua beleza, tem crescido enormemente seu uso em projetos arquitetônicos dos mais renomados profissionais do mundo, como por exemplo a Petronas Towers, na Malásia, com sua fachada totalmente revestida de aço inoxidável, que foi protegida com filmes da Nitto Denko durante sua construção. Por outro lado, sua aparência diferenciada vem sendo muito valorizada, portanto podendo apresentar diferentes acabamentos como: espelhados, polidos, escovados finos, escovados grossos, acetinados entre outros. Este acabamento pode ser feito pela usina fabricante do aço inox, em centros de serviços ou em centros de polimentos. O aço inoxidável é um material nobre e bonito, porém sensível, e sua superfície deve ser protegida continuamente contra riscos, acidez, intempéries, processos mecânicos e fagulhas do processamento a laser e, principalmente, contaminação por partículas de ferro.
Filmes de pr oteção de super fície (Surface Protection Vinyl – SPV): Os filmes de proteção foram inventados em 1961 pela Nitto Denko Company no Japão desde então seu uso e suas aplicações têm crescido consideravelmente. Sua função principal é proteger acabamentos superficiais contra riscos, manchas e danos mecânicos nas superfícies acabadas (polidas, lixadas, escovadas, anodizadas, cromadas, pintadas, etc...) Mais do que simplesmente proteger contra poeira, o filme protege todo o trabalho realizado na peça de aço inoxidável, desde o processamento da chapa, o acabamento superficial (polimento, lixamento, acetinamento, escovamento), o corte, como também no processo, onde há a estampagem, desde repuxo leve como em bebedouros, fogões, painéis, equipamentos, até repuxos profundos como cubas duplas. Nestes casos extremos as conseqüências são seríssimas, pois além da perda do serviço de acabamento (polimento, lixamento, escovamento ou acetinamento), as marcas ou resíduos podem implicar na perda de vendas e até dos custos de mão de obra no caso do material ter sido usado numa fachada de um prédio, afetando a imagem da empresa. 2. AS APLICAÇÕES DO F ILME DE PROTEÇÃO DE SUPERF ÍCIE Em geral, as aplicações do filme de proteção são diversas, desde a proteção da chapa durante o processo de produção e armazenagem até o usuário final. 1. Processos de industr ialização: os mais diversos possíveis, dentre os quais se destacam: corte, dobra, estampagem (leve, média e pesada), repuxo profundo, corte a laser, solda, montagem, embalagem e traslados. 2. Pr oteção ger al: a. Transporte: são várias as etapas onde podem ocorrer danos durante o processo logístico do aço inox, por exemplo: no processo de transporte da chapa, armazenamento de blanks e peças processadas, no processo de montagem, transporte do bem até o ponto de venda e do ponto de venda até o usuário final. Em alguns casos deseja­se que o filme proteja a superfície de aço inoxidável até o usuário final, os exemplos mais comuns são os fogões e, mais recentemente as geladeiras, que recebem o filme após o tratamento da chapa, passa por todo o processo de estampagem, montagem, embalagem, armazenamento e transporte até chegar à residência do consumidor. b . Pr oteção do produto no consumidor final: alguns bons exemplos estão na construção civil, onde o uso de aço inox em elevadores, fachadas, painéis, portas e janelas tem ganhado espaço e normalmente sofrem a condições extremas de uso, pois é comum que fiquem expostas ao sol, chuva, vento e poeira por meses. Nesta condição é essencial que o dorso e o adesivo sejam dimensionados para a condição de intempéries. c. Filme de proteção como lubrificante sólido: uma utilidade especial no conceito do uso de filmes de proteção é sua função de lubrificação durante a estampagem, já que a maior parte dos filmes age como lubrificante, mas não é suficiente para agir sozinho. Filmes de polietileno, poliolefinas, poliésteres ou polipropilenos normalmente necessitam de lubrificantes adicionais. Filmes especiais de proteção de PVC tem uma característica especial, pois, mesmo em processos de estampagem profunda, conseguem na maioria dos casos, trabalhar como lubrificante sólido reduzindo significativamente a necessidade de lubrificantes adicionais 1 . 1 Necessária a avaliação do processo de estampagem, para confirmação desta condição caso a caso.
3­ ESTRUTURA DO F ILME DE PROTEÇÃO DE SUPERF ÍCIE Basicamente um filme de proteção é composto por dois componentes, porém dependendo da aplicação, do fabricante ou da necessidade específica podem chegar a cinco. Via de regra, o primeiro é o dorso, o segundo é o adesivo. Entre estes pode haver o terceiro que é um produto para ancoragem do adesivo (primer ). Para evitar a adesão entre o adesivo e o dorso pode haver um quarto componente depositado no dorso, para facilitar o desenrolar do filme. Também pode haver um quinto componente, o liner (não comum, mas existente para aplicações específicas). Desenvolvido pela Nitto Denko do Japão, no ano de 1961, o filme SPV 224 de proteção nasceu com dorso de PVC e adesivo acrílico (conhecido como Nitto Blue), que se mostrou muito eficaz para diversas aplicações. Tanto que até hoje este filme existe e é usado para aplicações especialmente complicadas, como o repuxo profundo, comum em cubas simples e duplas. O SPV 224 tem uma construção única, que reduz a necessidade de lubrificantes a um nível mínimo especialmente para repuxo profundo e uma resistência extraordinária a intempéries (6 meses em condições extremas e até 12 meses em condições moderadas 2 ). Os melhores fabricantes de filmes de proteção do mundo criaram um produto de custo mais baixo, o polietileno, para aplicações onde não era necessário o uso de um material tão nobre quanto o filme de PVC. Pela facilidade de processamento e grande número de empresas capazes de fabricar o polietileno, logo este material se tornou o preferido para aplicações de proteção para transporte, processamento leve, e uma de suas variações (preto e branco) também para proteção de chapas que poderiam ficar expostas a intempéries. 3.1 ­ DORSO Além dos já mencionados cloreto de polivinila (Poly Vinyl Chloride ­ PVC) e polietileno (PE), existem também filmes de proteção com outros dorsos, como o polipropileno (PP), poliéster (PET) e as poliolefinas (PO). Em geral, é recomendável utilizar diferentes tipos de dorso em função do material e do processo a ser protegido. A aplicação também determinará a necessidade de diferentes espessuras, por exemplo espessuras mais grossas em processos mais pesados. Tipos de dor so: PVC – indicado para processamento pesado, em especial repuxo profundo, ainda mais quando se trata de pias com cubas duplas. Sua elasticidade única e ausência total de grãos não dissolvidos (fish eyes), permite que ele seja usado mesmo em cubas com profundidade acima de 20 cm e sem causar excesso na força do punção (pelas características elásticas do PVC). A adição de um agente desmoldante no dorso do filme permite também que o SPV 224P trabalhe com o mínimo de lubrificante adicional 3 . O PVC também é o material mais resistente a intempéries. Polietileno (PE) – indicado para uso geral, seu grande apelo está no custo, sendo apropriado para proteção durante o transporte, processos mecânicos leves, e nos casos da utilização do filme preto e branco, também indicado para proteção a intempéries, em especial os raios UV. Poliolefinas (PO) – com ótima resistência ao rasgamento e excelente comportamento na deformação, o filme apresenta uma ótima correlação custo x benefício, sendo a alternativa ideal para repuxo médio e profundo e operações mecânicas moderadas. 2 Contate um técnico para verificar a vida útil de seu produto para sua aplicação. Necessária a avaliação do processo de estampagem.
3 Poliéster (PET) – quando uma visão nítida da superfície protegida se faz necessária, o filme é usado devido à sua alta transparências. Por ser um material com características bastante rígidas, tem especial resistência a riscos em processos mecânicos, porém tem atuação limitada na função de lubrificação de estampagem. Polipropileno (PP) – característica anti­derrapante, geralmente usado com grandes espessuras (por volta de 220 micra) desenhado para processos pesados e para superfícies rugosas. Para o aço inoxidável, os filmes mais usados no mundo são PVC, poliolefinas e polietilenos, obviamente respeitando a aplicação: ­ Repuxo Profundo – filmes de PVC – devido à sua capacidade de atuar como lubrificante e elasticidade. Principais aplicações: Pias com cubas duplas, cubas profundas, copos de aço inox, acabamentos de ralos de pias. Hoje em dia o único produto disponível comercialmente é o Nitto Denko SPV 224P. ­ Estampagem médio­profunda – filmes de poliolefinas – propriedades intermediárias de elasticidade, custo intermediário e altíssima compatibilidade com praticamente todas as aplicações. ­ Estampagem leve, dobra, transporte, processo de montagem – filmes de polietileno – comparativamente o menor custo. 3.2 ­ ADESIVO Tão ou mais importante que o dorso, este componente tem função decisiva no processo de proteção da superfície. Basicamente ele pode ser de dois tipos quanto ao polímero e dois tipos quanto ao agente de solução. Podendo haver combinações cruzadas. Quanto ao polímer o: Adesivo com base bor racha: possui excelente resistência a resíduos de óleo, comuns em chapas de aço inox escovadas, no entanto tem baixa resistência às intempéries, portanto seu uso é recomendado para aplicações internas, sem exposição ao sol. Porém é possível usar, por tempo limitado, adesivos base borracha com filmes que bloqueiam a ação dos raios UV, minimizando seu efeito degradante sobre o adesivo. Por exemplo: filme preto e branco (o lado preto bloqueia os raios ultravioletas ­ UV). Principais características: ­ Uso geral (mesmo adesivo pode ser usado para diversas finalidades); ­ Alta adesão inicial (alto tack); ­ Alta tensão de desenrolamento (necessário tratamento do dorso para desenrolamento fácil); ­ Baixa resistência a intempéries (exceto se usado com filme preto e branco); ­ Alta compatibilidade com superfícies oleadas; ­ Incompatibilidade com cobre ou bronze, pois pode manchar devido à oxidação. Adesivo com base acr ílica: indicado para aplicações específicas, possui boa resistência a intempéries, grande compatibilidade com materiais oxidantes (inclusive com cobre e bronze), porém menor compatibilidade com superfícies oleosas. Seu grande leque de possíveis formulações torna o adesivo acrílico bastante eclético, que permitiu avanços tecnológicos como adesivos easy peel (fácil remoção, fazendo ruído similar ao da abertura de um zíper). Principais características: ­ Aplicações específicas (normalmente a gama de aplicações de cada adesivo é limitada, por isso é indicado um adesivo específico para cada aplicação) ­ Menor adesão inicial (o adesivo é “mais rígido”), porém cresce com o tempo e com pressão, por isso se recomenda que fique 72 horas com o filme aplicado antes do processamento da chapa. Caso o tack inicial já seja adequado, recomenda­se sua remoção breve, ou a adesão pode se tornar excessiva ou inconveniente para remoção; ­ Ótima resistência a intempéries – além de ser mais resistente a intempéries que os adesivos com base borracha, podem também conter aditivos anti­UV. ­ Muito melhor elasticidade durante o repuxo profundo.
Quanto ao Agente de Solução: O agente de solução pode ser o solvente orgânico (tolueno, hexano, acetona, etc), que a partir de agora passaremos a chamar base solvente, ou a água, que no caso de adesivos é um agente dispersante, que chamaremos base d’água. Base Solvente: possui grande estabilidade durante a fabricação, garantindo maior uniformidade e controle do produto final. Principais características: ­ ótima performance para aplicações específicas, devido à sua estabilidade; ­ baixa variação de propriedades ao longo do tempo; ­ nível de adesão estável; ­ alta resistência à umidade principalmente em climas tropicais. Base d’água: as dispersões aquosas apresentam uma baixa adesividade inicial devido ao residual da água e sua evaporação lenta e gradual. Sua menor estabilidade causa o indesejável aumento do nível de adesão ao longo do tempo, podendo gerar problemas como resíduos de adesivo na superfície a ser protegida na remoção do filme. Principais características: ­ baixo custo da água; ­ baixa adesão inicial; ­ adesão aumenta muito com o tempo. ­ baixa resistência à umidade (pode deixar resíduos). Como mencionado, pode haver combinações:
· Base borracha e água (conhecida como látex)
· Base borracha e solvente
· Base acrílica e água
· Base acrílica e solvente No mundo, para aplicações sobre aço inox, o adesivo base borracha é o mais comum para proteção durante processos industriais e o acrílico para uso geral. Devido às variedades de acabamentos superficiais, presença de óleo em vários dos processos de acabamento da chapa, sensibilidade da chapa e incertezas sobre tempo de permanência do filme aplicado. Em especial a última tem crescido muito, para adequação a necessidades específicas como exposição prolongada a intempéries, estampagem profunda de cubas (acima de 17cm de profundidade), necessidade de fácil remoção, corte a laser e outras especificidades do aço inox e suas diversas aplicações. Em resumo o correto dimensionamento do filme é de fundamental importância. Não apenas devido ao valor do tratamento da chapa, mas também dos ativos mais importantes da empresa, ou seja, seu produto e sua imagem perante os clientes. Cabe lembrar que a responsabilidade sobre a maioria dos defeitos tem origem 50% nos filmes de proteção e 50% na superfície tratada, por isso cabe detalharmos um pouco melhor o assunto, com problemas e possíveis causas. 4. PROBLEMAS MAIS COMUNS E POSSÍVEIS CAUSAS Os problemas podem ser divididos em duas partes: 1­ Problemas de qualidade do filme de proteção. 2­ Problemas devido ao uso de filmes inadequados e possíveis causas. 1­ Possíveis problemas de qualidade de filmes de proteção:
· Bolhas
· Estrias
· Nódulos no filme (gel / fish eyes)
· Resíduos no filme
· Ancoragem de adesivo no dorso 2­ Problemas devido ao uso de filmes indadequados e possíveis causas:
· Adesão excessiva – naturalmente, como todo filme de proteção tem como principal função a proteção temporária, espera­se de um bom filme, que este consiga ser removido facilmente, mesmo que demore meses para sua remoção. Possíveis causas: o Adesivo incorreto, em quantidade excessiva ou incompatível com a aplicação; o Exposição a intempéries; o Tempo excessivo antes da remoção; o Alteração do acabamento superficial para mais lisa ou mais brilhante.
· Adesão insuficiente – tanto pode ser em função de adesivo inadequado, como por causa de tratamentos superficiais. O lixamento e o escovamento tendem a deixar a superfície rugosa e, em conseqüência, com menor área de contato, reduzindo assim a força de adesão do filme na chapa. O polimento, porém tem efeito inverso. Possíveis Causas: o Tempo de validade do adesivo vencido; o Baixa força de adesão; o Baixa quantidade de adesivo; o Superfície muito rugosa; o Alongamento excessivo do filme na laminação sobre a chapa; o Alteração da superfície para mais rugosa ou mais fosca; o Contaminação da chapa com resíduos de óleo; o Alteração do acabamento da chapa para mais lisa ou brilhante; o Resíduos de água ou umidade (para adesivos base d’água).
· Resíduo de adesivo – talvez o pior e mais comum de todos os problemas, causa transtornos de limpeza, retrabalho, perda do substrato e conseqüentes prejuízos. Possíveis Causas: o Baixa ancoragem do adesivo no dorso; o Adesivo muito macio; o Deterioração do adesivo (o mais comum é em função da exposição a intempéries, em especial raios UV e umidade) o Cantos vivos
· Filme quebradiço – percebe­se geralmente na remoção do mesmo, no entanto pode também ocorrer durante o processo de estampagem. Possíveis Causas: o Excesso de exposição à radiação UV e outras intempéries; o Problema na composição do filme; o Tempo excessivo para remoção.
· Manchas no aço inox – normalmente só é percebida no produto final, quando já está no cliente. Portanto este problema também é um dos mais custosos, pois além de eventual perda de processos de acabamento, pode significar a perda do produto final, dos custos de equipamentos e de mão de obra. Possíveis causas: o Acidez da mão em manipulação não protegida; o Falha na cobertura do adesivo; o Bolhas entre o filme e a chapa; o Adesivo incompatível; o Resíduos químicos (pode ser do processo ou do material de limpeza);
· · · · o Resíduo de carbono (filmes com um lado preto), mais comuns no processo de corte a laser; o Derretimento do filme; o Descolamento do filme no corte a laser; o Respingo de material incandescente do corte a laser; o Resíduos de construção (cimento, argamassa, tinta, poeira e outros contaminantes) quando a superfície não é protegida;
Rasgamento do filme durante processo de estampagem – provavelmente causará riscos ou danos mecânicos e eventualmente o rompimento da chapa em condições extremas. Possíveis causas: o Dorso incompatível com o processo (muito fino ou pouco elástico); o Velocidade excessiva do punção; o Falha do dorso (fissuras ou composição); o Descolamento do filme de proteção; o Bolhas entre o filme e a chapa; o Tolerâncias muito apertadas do ferramental.
Riscos e danos mecânicos na superfície protegida – mesmo quando protegido, se a escolha do filme de proteção não for adequado podem ocorrer problemas Possíveis causas: o Não proteção ou rasgamento do filme; o Nódulos no dorso (gel ou fish eyes); o Impurezas na chapa ou no filme ou ainda de processo; o Descolamento do filme; o Espessura muito fina do filme; o Espessura muito grossa do filme para dobras; o Resíduos de filmes rasgados.
Rompimento do aço inox em estampagem profunda – em especial em operações de repuxo profundo, é comum vermos um baixo índice, porém freqüente, de rompimento de chapas. Possíveis causas: o Inexistência de lubrificantes; o Velocidade do pistão; o Filme pouco elástico ou muito fino; o Descolamento do filme ou rompimento do filme; o Tolerâncias baixas do ferramental.
“Casca de Laranja” – irregularidade na chapa com forma similar a casca de laranja. Este problema pode ser atenuado com a correta escolha de um filme de proteção que funcione como lubrificante. Possíveis causas: o Características da chapa; o Processo; o Ferramental (tolerâncias ou danificado); o Lubrificação. 5­ GUIA PRÁTICO SOBRE A CORRETA ESCOLHA DOS F ILMES DE PROTEÇÃO 1. Super fície a ser protegida – basicamente direciona a escolha do nível de adesão. a. Quanto mais áspera e fosca, maior a camada de adesivo necessária e mais macio o adesivo necessário – mais áspero ideal adesivo base borracha com alta espessura do adesivo. b. Quanto mais brilhante e liso menor o nível de adesão necessário. Geralmente se usam adesivos acrílicos que são mais rígidos.
2. Pr ocesso de industr ialização – direciona a escolha da espessura do adesivo, do tipo de adesivo, do dorso do filme. a. Repuxo profundo – filme de PVC e adesivo acrílico espessura mínima 75 micra. Por exemplo SPV 224P. b. Repuxo médio­profundo – filme de poliolefinas e adesivo acrílico ou borracha com espessura mínima de 65 micra. Por exemplo: SPV 6065E5 ou 9205. c. Deformação leve, corte mecânico, armazenagem e transporte – filmes com dorso de PE e espessura entre 50 e 65 micra. Por exemplo: SPV 5057 DD7 ou 3067M. d. Corte a laser – filme branco, com alta adesão e resistência a alta temperatura, espessura mínima de 95 micra para chapas até 2 mm e 105 micra para chapas acima de 2 mm de espessura. Por exemplo: SPV 3100 H5 ou SPV 3100 H3. 3. Exposição a radiação UV e intempér ies a. Não exposição à UV – adesivo de borracha ou acrílico pode ser dorso transparente; b. Exposição moderada a UV – filme preto e branco com adesivo de borracha, ou em dorsos transparentes adesivo acrílico. c. Exposição intensa a UV – filme de PVC e adesivo acrílico. 4. Tempo para r emoção do filme: a. Imediata – adesivo de borracha ou acrílico, água ou solvente; b. Até 1 mês – adesivo de borracha ou acrílico, base solvente; c. De 1 a 3 meses – adesivo acrílico ou de borracha com base solvente; d. Acima de 3 meses – adesivo acrílico base solvente. 5. Aplicação especial: Cor te a laser ­ o corte a laser tem variáveis importantes como espessura da chapa, intensidade do arco, velocidade de corte, entre outras. Nesta aplicação específica um filme capaz de usar a velocidade máxima de corte das máquinas de corte a laser, o que significa muito maior produtividade. a. Obviamente quanto mais rápido puder ser o corte, mais produtivo será e mais economicamente viável também, e conseqüentemente mais intenso será o arco. Portanto quanto maior for a intensidade do arco, maior o calor gerado e por isso mais forte a adesão necessária. Sendo assim o adesivo deverá ser base borracha, altíssimo tack, o dorso especial para resistir ao calor e com tratamento para facilitar o desenrolamento. b. Como o arco do laser queima o filme na área de corte, não se recomenda o uso de filme com lado preto, pois o carbono contido neste, quando derretido pode gerar resíduos, manchando a chapa. Exemplo de guia rápido para escolha de filmes dentro do universo Nitto Denko:
Conclusão: Proteger o aço inox para repuxo profundo, corte a laser, e demais processos é uma arte, pois depende de muitas variáveis que interagem entre si. É possível dimensionar filmes de proteção para aplicações diversas. Recomendamos que procurem um especialista. Lubrificação Adesivo Propried. Geometria Referências Bibliográficas: 1) VANSWEEVELT, J., Laser Cutting. Mecânicas
Tolerie Magazine, France, edição de Março 2004. 2) VANHEUSDEN, J., Protection Films, Nitto Europe Training Boo k, Belgium, January 2006. 3) BARBIERI, S., Deep Drawing special applications, SPV Flexible Technology, USA, December 2006. 4) Nitto Europe site, www.nittoeurope.com, link products, sub­link surface protective films. 5) Permacel site, www.permacel.com, link industrial, sub­link surface protective films. 6) Nitto Denko site, www.nitto.com, link product information , sub­link surface protection , seção SPV Series. Articles related to published events LINHARES, P. S., COSTA, A. C. Application of closed recipients on dissolution of mineral rocks. In: CONGR. BRAS. GEOL., 33, 1984. Gerson Yoshinobu Iwamoto Permacel Latin America Av. Brig. Faria Lima 3729 – 5º. Andar 04538­905 S.Paulo – SP – Brasil [email protected] http://www.permacel.com.br Jo Vansweevelt NITTO EUROPE NV Eikelaarstraat 22 ­ 3600 Genk – Belgium [email protected] http://www.nittoeurope.com Steve Barbieri Permacel USA One Tower Center, 14th Floor East Brunswick, NJ 08816 USA [email protected] www.permacel.com