O Guia Completo do Processo de Sobremoldagem de Plástico

A sobremoldagem de plástico é amplamente utilizada na indústria da moldagem por injeção para melhorar o acabamento dos componentes. Ajuda os fabricantes a garantir a segurança, o conforto e a eficácia dos produtos. Por exemplo, os utensílios e as ferramentas manuais são concebidos de forma a melhorar a sua aderência. Os engenheiros aplicam a sobremoldagem de plástico para adicionar padrões específicos às suas pegas, de modo a evitar que escorreguem durante a utilização das ferramentas. A sobremoldagem é semelhante à moldagem por inserção, uma vez que ambas utilizam o processo de moldagem por injeção. No entanto, enquanto a moldagem por inserção tradicional envolve frequentemente a fixação de plástico ou borracha à volta de uma superfície metálica, a sobremoldagem na produção personalizada e não padronizada constitui uma categoria mais ampla. Inclui tanto a moldagem por injeção de duas etapas como os métodos «pick-and-place» para fixar um material flexível sobre um substrato de plástico rígido pré-moldado.

Algumas pessoas consideram a sobremoldagem um processo de acabamento de superfícies, simplesmente porque pode alterar o aspeto de um produto. Essa visão, no entanto, não é correta. A sobremoldagem é, na verdade, um processo de moldagem por injeção multimaterial. Embora a camada de sobremoldagem proporcione benefícios de vedação e estéticos, trata-se de uma etapa fundamental na formação da peça — e não de um toque final “opcional” aplicado depois de o corpo principal já ter sido produzido.

Este guia aborda o processo de sobremoldagem, descrevendo as etapas envolvidas.

Qual é a importância da sobremoldagem?

Durante o sobremoldagem, um substrato é parcialmente moldado ou envolto num material secundário. Na maioria dos casos, o substrato utilizado na sobremoldagem é borracha ou termoplásticos, resultando num único produto integrado. Existem inúmeras aplicações da sobremoldagem no setor da indústria transformadora.

Ergonomia e Estética

Muitos produtos de plástico personalizados são fabricados a partir de termoplásticos rígidos de engenharia, como o nylon, o ABS ou o PC, para garantir a integridade estrutural. No entanto, estas superfícies duras podem causar desconforto ao utilizador e falta de aderência quando manuseadas durante períodos prolongados. Através da sobremoldagem, é adicionada uma camada de elastómero a estes produtos, distribuindo a pressão uniformemente pelas mãos do utilizador durante a utilização. A sobremoldagem cria ranhuras nas pegas dos dispositivos para evitar que escorreguem da mão do utilizador. Esta é uma consideração de segurança muito importante no caso dos martelos nas oficinas.

No caso da utilização de ferramentas elétricas, a sobremoldagem de plástico ajuda a amortecer choques e vibrações, contribuindo assim para a segurança ergonómica. Alguns dos materiais utilizados na sobremoldagem, como os elastómeros macios, absorvem as vibrações geradas durante a utilização. Em comparação com os plásticos rígidos, as sobremoldagens elastoméricas especializadas podem reduzir as vibrações de alta frequência em 20-30%, um efeito de amortecimento significativo que é fundamental para minimizar o risco de Síndrome de Vibração Mão-Braço (HAVS) para os operadores em ambientes industriais ^[1].

O papel da sobremoldagem vai além da segurança, conferindo também um aspeto estético aos produtos moldados. Neste processo, podem ser aplicadas diferentes camadas de cor ao molde. Estas camadas de cor são depois transferidas para o produto final. Por exemplo, alicates com dimensões semelhantes podem estar disponíveis em cores diferentes. Estas diferenças de cor podem definir a estratégia de marketing dos produtos moldados em plástico fabricados.

Para fins de impermeabilização e vedação

A sobremoldagem ajuda a proporcionar uma vedação estanque em torno dos componentes eletrónicos, interruptores, interfaces do invólucro e conectores. O processo liga permanentemente os elastómeros ao substrato, criando uma barreira contínua que se adapta a todas as geometrias complexas. Esta vantagem da vedação contínua resolve os desafios das juntas e anéis de vedação convencionais, que requerem montagem adicional. A sobremoldagem contribui para a fiabilidade do produto, especialmente no caso de produtos expostos à chuva, humidade e produtos químicos de limpeza. Enquanto fabricante por encomenda, a First Mold utiliza o sobremoldagem como um meio fiável de alcançar classificações mais elevadas de Proteção contra a Entrada (IP) (tais como IP67 ou IP68) que cumprem a rigorosa norma IEC 60529 relativa à resistência à água e ao pó, garantindo fiabilidade a longo prazo em ambientes adversos ^[2].

 A tabela abaixo resume as principais aplicações da sobremoldagem para resolver problemas de vedação:

Custos de mão de obra

A maioria das empresas de engenharia especializadas em moldagem por injeção procura otimizar a sua produção como estratégia para se alinhar com os princípios da Indústria 4.0. Uma das estratégias para atingir este objetivo consiste em substituir a montagem tradicional pela sobremoldagem. A integração de vários componentes e funções numa única peça moldada reduz significativamente o trabalho manual. Na prática, os fabricantes alcançam consistência na produção e uma elevada eficácia global do equipamento (OEE).

Embora a sobremoldagem implique custos de ferramentas relativamente mais elevados em comparação com métodos tradicionais, como a montagem, os custos operacionais são relativamente mais baixos. Tomemos, por exemplo, o fabrico de uma ferramenta elétrica. Quando se recorre ao fabrico convencional, é necessária uma série de atividades de fabrico para produzir uma ferramenta elétrica simples, o que poderia ser simplificado através da sobremoldagem.

Na montagem tradicional de uma broca sem fios, seriam necessárias uma estrutura moldada por injeção separadamente, um punho de borracha independente, a aplicação de adesivo, o posicionamento manual, o tempo de cura e a inspeção. Todas estas operações implicam mais tempo e maiores custos com mão-de-obra.

Através do sobremoldagem, conseguimos reduzir estas operações, o que se traduziu num menor número de operadores, ciclos de produção mais rápidos, uma redução do stock de produtos em curso e uma maior consistência dimensional.

Qual é o processo de fabrico da sobremoldagem?

A sobremoldagem é um processo de várias etapas, que vai desde a conceção até à ejeção.

1. Design

A fase de conceção da sobremoldagem é fundamental, uma vez que determina os requisitos funcionais, estéticos e de fabrico dos produtos finais. Nesta fase, são normalmente tomadas decisões cruciais para eliminar possíveis defeitos, como marcas de afundamento, deformações e delaminação. Na sala de conceção, utilizamos diferentes softwares, como a Análise de Fluxo de Moldagem (Mold Flow Analysis), CAD e CAE, para otimizar os parâmetros do processo e prever as características do produto final. O processo de conceção abrange vários aspetos, como a compatibilidade dos materiais, o mecanismo de ligação, a espessura da parede, a localização da entrada de material, o ângulo de desbaste e o encolhimento.

Compatibilidade de materiais

A escolha dos materiais adequados para a sobremoldagem, de forma a aderirem ao substrato, constitui uma abordagem de conceção extremamente crucial. Os materiais de sobremoldagem podem aderir ao substrato de várias formas, tais como a adesão química, o encaixe mecânico, a difusão molecular ou a atração por energia superficial. Uma compatibilidade eficaz entre os materiais conduz a uma ligação mais forte, evita o descolamento e garante que a sobremoldagem não se separe do substrato. A tabela seguinte resume os diferentes materiais de sobremoldagem compatíveis com os materiais do substrato.

Espessura da parede

A espessura uniforme das paredes é concebida no processo de sobremoldagem para garantir um fluxo consistente do material, estabilidade dimensional e arrefecimento uniforme. Contribui para minimizar os defeitos.  Além disso, é possível evitar cavidades, reduzir o tempo de ciclo e minimizar a deformação através de uma espessura de parede uniforme. As paredes não devem ser excessivamente espessas para evitar um arrefecimento lento. Por outro lado, paredes mais finas podem contribuir para um enchimento incompleto ou injeções insuficientes. A tabela seguinte resume a espessura de parede recomendada para diferentes materiais.

Localização do portão

A porta de injeção deve ser posicionada corretamente para garantir um enchimento equilibrado e uma prevenção eficaz de defeitos. O posicionamento adequado da porta de injeção minimiza as linhas de soldadura, reduz a tensão residual e diminui a pressão de injeção necessária. As localizações mais comuns da porta de injeção incluem a porta de borda, a porta em leque e a porta submarina, conforme ilustrado nas figuras abaixo.

Retração

Todos os termoplásticos encolhem durante o arrefecimento. Na fase de conceção, os engenheiros compensam este encolhimento dimensionando as cavidades do molde com margens de segurança, com base no encolhimento necessário ou previsto. Esta estimativa é orientada pela seguinte fórmula:

S = (L_m – L_p) * 100%/L_m

Onde

S = encolhimento (%)

Lm = dimensão da cavidade do molde

Lp = dimensão da parte final

No entanto, a sobremoldagem implica um encolhimento restrito, uma vez que o substrato rígido limita fisicamente a contração natural do material secundário. Os engenheiros têm frequentemente de recorrer à análise de fluxo do molde, a par desta fórmula, para dimensionar com precisão a cavidade e evitar deformações.

2. Fabrico do substrato

Após as considerações de conceção, a equipa inicia o fabrico do componente de base sobre o qual é moldado o material secundário. Este substrato constitui a estrutura do produto, proporcionando as características estruturais, dimensionais e funcionais do produto final. Os materiais para o fabrico do substrato são selecionados com base na aplicação. Isto implica que um substrato pode ser fabricado a partir de termoplásticos, metais ou compósitos. São selecionados diferentes métodos, como a maquinagem CNC, a moldagem por injeção, a fabricação aditiva, a fundição sob pressão e a estampagem, para o fabrico dos substratos. O método selecionado deve garantir um substrato com resistência mecânica suficiente, dimensões precisas e uma boa superfície para a adesão.

Os substratos de plástico são normalmente fabricados através de moldagem por injeção, seguindo os seguintes passos:

1. Grânulos de plástico
2. Secagem de materiais
3. Derretendo no barril
4. Injeção no molde
5. Embalagem e armazenamento
6. Arrefecimento
7. Ejeção
8. Substrato acabado

Os substratos metálicos são selecionados nos casos em que se pretende uma elevada condutividade térmica, resistência mecânica e resistência ao desgaste. Estes substratos são normalmente fabricados através de maquinagem CNC, forjamento, fundição sob pressão, estampagem de metal ou moldagem por injeção de metal. No entanto, após a fabricação, os engenheiros submetem estes substratos a processos secundários, como acabamento de superfícies, rebarbação, limpeza química ou jato de areia.

3. Preparação da superfície

A aderência entre o substrato e o material de sobremoldagem depende do estado do substrato. Por conseguinte, as superfícies dos dois materiais devem ser devidamente preparadas para garantir a eficácia do processo de sobremoldagem. Uma superfície que não esteja devidamente preparada apresenta contaminantes, sofre oxidação, tem baixa energia superficial e pode ser demasiado lisa, o que reduz a aderência. Isto resulta no descascamento do componente, na delaminação e na falha prematura do mesmo.

Existem várias razões pelas quais preparamos as superfícies antes de se proceder à sobremoldagem. Em primeiro lugar, removemos contaminantes como pó, óleos, óxidos e agentes desmoldantes. Estes contaminantes podem afetar a aderência entre o substrato e os materiais de sobremoldagem. Em segundo lugar, a preparação aumenta a energia superficial dos materiais. Referimo-nos a esta energia superficial como molhabilidade superficial. Em terceiro lugar, a preparação da superfície melhora a interligação mecânica entre o substrato e o material de sobremoldagem.

A preparação da superfície é um requisito obrigatório para aplicações em que a integridade da ligação a longo prazo é fundamental. Essas aplicações incluem componentes aeroespaciais, sensores automóveis, equipamentos eletrónicos à prova de água e conectores elétricos. Existem diferentes métodos que podem ser utilizados na preparação das superfícies. O método mais utilizado é o tratamento por plasma. Neste processo, a superfície é limpa e a energia superficial é aumentada através da geração de iões e eletrões altamente energéticos a partir de uma descarga de plasma.

Os outros métodos incluem o tratamento por efeito corona, o tratamento com chama, a gravação química e a texturização a laser.

4. Carregar a inserção

O substrato ou inserção fabricado(a) nesta fase é posicionado(a) com precisão no molde de segunda injeção antes da injeção dos materiais de sobremoldagem. É necessário inserir o substrato com a máxima precisão para obter a melhor qualidade do produto final. Se a inserção for colocada incorretamente, pode ocorrer um desalinhamento do material de sobremoldagem, levando à formação de rebarbas e a uma má aderência. A maior parte do desperdício durante a sobremoldagem resulta de um mau posicionamento da inserção. Para evitar estes erros, a maioria dos fabricantes prefere sistemas de manuseamento automatizados. 

5. Injeção de segunda dose

Esta fase define o processo de sobremoldagem. Um polímero fundido, como o TPE, o TPU ou outros termoplásticos de engenharia, é injetado na cavidade do molde e deixa-se que flua à volta do substrato posicionado. À medida que os materiais entram em contacto com o substrato, ligam-se química ou mecanicamente. É necessário controlar com precisão os parâmetros de processamento nesta fase, uma vez que estes determinam a qualidade global do produto final.

O processo começa com a introdução de grânulos de polímero num cilindro aquecido. O cilindro possui um parafuso rotativo que transporta os grânulos para a frente. À medida que os grânulos são empurrados para a frente, a sua temperatura de fusão é aumentada por faixas de aquecimento, enquanto o atrito entre o parafuso e o polímero contribui para a fusão do polímero. Isto resulta num polímero fundido homogéneo. O polímero fundido continua a acumular-se na parte dianteira do parafuso até se acumular volume suficiente para a injeção.

À medida que o parafuso recíproco continua a avançar, empurra o polímero fundido acumulado através do bico, do canal de alimentação, do sistema de canais e da porta, para dentro da cavidade do molde. Na cavidade, o material fundido flui à volta do substrato, permitindo a ligação e a solidificação. Assim que os materiais fundidos se solidificam à volta do substrato, este é deixado a arrefecer. Posteriormente, os pinos ejetores ejetam o produto final. A tabela seguinte resume os parâmetros de processamento.

Nota: A temperatura exata de fusão depende dos tipos específicos de polímeros a serem unidos. Manter a temperatura de fusão da segunda injeção estritamente dentro da janela de processamento térmico do material é fundamental para se obter uma ligação química coesa, sem derreter nem degradar o substrato personalizado subjacente. ^[3].

Conclusão

A sobremoldagem oferece soluções versáteis para os desafios de fabrico, combinando diferentes materiais para melhorar a funcionalidade, a durabilidade, a ergonomia e a estética do produto. Os fabricantes que pretendem conferir aos seus produtos um aspeto suave ao toque, para melhorar a aderência ou a “sensação” e proporcionar um visual elegante que agrade aos consumidores, são os principais candidatos à sobremoldagem. Se necessita de uma peça única e sólida que integre várias camadas de materiais e cores, a sobremoldagem é a solução ideal para si.

Referência

[1] Bernard, B. P., Nelson, N., Estill, C. F. e Fine, L. (1998). Análise do NIOSH sobre a síndrome da vibração mão-braço: a vigilância é crucial. Revista de Medicina Ocupacional e Ambiental, 40(9), 780-785. Coleção do Centro de Controlo e Prevenção de Doenças (CDC). Obtido em https://stacks.cdc.gov/view/cdc/196388

[2] Comissão Eletrotécnica Internacional. (2013). IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV Versão consolidada: Graus de proteção proporcionados por invólucros (Código IP). Obtido em https://webstore.iec.ch/publication/2452

[3] Awaja, F., Gilbert, M., Kelly, G., Fox, B. e Pigram, P. J. (2009). Adesão de polímeros. Progress in Polymer Science, 34(9), 948-968. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.007