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Comparativos entre diferentes folhas dePTFE para fabricao de juntas de
vedao suas vantagens,caractersticas e diferenasJos Antonio Almeida, Jos Carlos C. Veiga Teadit Indstria e Comrcio Ltda.
ResumoPara manter uma boa vedao, os materiais de juntas
devem ter estabilidade dimensional e resistncia tempe-
ratura, presso e ao fluido a ser vedado.Os materiais con-
vencionais de juntas de PTFE possuem uma resistncia
qumica excepcional, mas carecem de estabilidade dimen-
sional. Sob presso e temperatura, os materiais convencio-
nais de PTFE apresentam fluncia e escoam. Aps um
curto perodo em servio, as juntas feitas de PTFE puro,
so incapazes de manter o torque em conseqncia ao fato
de perderem espessura devido ao relaxamento por flun-
cia. O re-aperto, com freqncia, necessrio para manter
a juno isenta de vazamentos. Vriasalternativas sousa-
das para reduzir esse problema. Nesse trabalho, vrias fo-
lhas de juntas de PTFE disponveis no mercado so
comparadas. Testes como o de ciclo trmico, reteno de
torque, relaxamento por fluncia e compressibilidade fo-ram realizados e os resultados foram analisados. A partir
dos resultados, mostrado que as Folhas Aditivadas de
PTFEReestruturado exibem o melhor equilbrio das pro-
priedades desejadas e melhor selabilidade.
IntroduoAs juntas de PTFE so usadasemaplicaes onde ne-
cessria uma elevada resistncia qumica. O PTFE possui
propriedades fsicas distintas para atender s necessidades
de cada aplicao. Como em qualquer material para a ve-
dao de fluidos, existe uma superposio. Vrios materi-
ais podem ser usados de maneira bem sucedida em uma
mesma aplicao. Nesse trabalho, vrios tipos de juntas de
PTFE disponveis no mercado so comparados. Testes os
quais incluram ciclo temperatura, reteno de torque, re-
laxamento por fluncia e compressibilidade foram realiza-
dos e os seus resultados foram analisados.
Folhas de PTFE MoldadasAs folhas de PTFE Moldadas foram os primeiros
produtos introduzidos no mercado. Fabricadas a partir
de resinas de PTFE virgens ou reprocessadas, sem aditi-
vos, as quais somoldadas, ento comprimidas e sinteri-
zadas. Como ocorre com qualquer produto plstico, o
PTFE exibe uma caracterstica de fluncia quando
submetido a uma fora de compresso. Essa caracters-
tica muito negativa para o desempenho da junta, umavez que ela exige um re-aperto freqente com o objetivo
de evitar ou de reduzir vazamentos. O comportamento
de fluncia (escoamento) aumentado drasticamente
com um aumento na temperatura. As principais vanta-
gens do PTFE moldado so o baixo custo e a ampla dis-
ponibilidade no mercado, quando no havia opes
mais nobres.
1. Folha de PTFE UsinadaO PTFE Usinado (sPTFE - Skived PTFE) fabrica-
do a partir de resinas de PTFE virgens ou reprocessadassem aditivos ou cargas, pela usinagem (por decapagem)
de um tarugo de PTFE sinterizado. Esse processo foi de-
senvolvido para superar as deficincias de fabricao do
Processo Moldado. Contudo, os seus produtos possuem
os mesmos problemas de comportamento de fluncia.
Exibido na Figura 1 (com ampliao de 100 vezes).
2. Folha de PTFE Moldado ou Usinado, com CargaA fim de reduzir o comportamento de fluncia de
materiais em folhas de PTFE Moldados ou Usinados,
enchimentos (cargas) minerais so adicionados. Contu-
do, devido ao processo de fabricao (moldagem ou usi-
nagem) essa reduo no suficiente para produzir uma
vedao efetiva a longo prazo. A Figura2 exibe a micro-
estrutura de uma folha de PTFE Usinado com Carga
com uma ampliao de 100 vezes. So visveis as part-
culas de carga de slica na matriz de PTFE.
PTFE Expandido ( Quimflex)Antes de sinterizar, uma expanso a quente do PTFE
confere a este a habilidade de superar a fluncia. Podem
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ser obtidos produtos de juntas expandidos unidirecio-
nalmente (fios ou fitas) ou bidirecionalmente (folhas).
A Figura 3 exibe uma estrutura de PTFE unidirecional e
a Figura 4 exibe uma estrutura orientada bidirecional. O
PTFE Expandido (ePTFE - Expanded PTFE) possui
alta resistncia qumica e exibe uma compressibilidade
muito elevada, ideal para o uso com flanges frgeis ou
com revestimento de vidro. A maioria dos produtos de
PTFE Expandido existentes no mercado no possui car-
ga. Uma desvantagem est no manuseio e na instalao
de juntas de grandes dimenses, ou a instalao em lo-
cais onde no possvel separar os flanges. Elas so usa-
das freqentemente como um substituto para as folhas
de PTFE aditivadas e reestruturadas com Micro-Esferas
Ocas de Vidro (Figura 5), com a vantagem de apresenta-
rem uma maior resistncia qumica j que as Mi-
cro-Esferas de Vidro so atacadas por Soda Custica.
No caso onde as juntas so instaladas em uma tubulao
longa com vrios flanges em srie, podem ocorrer pro- blemas na instalao devido espessura reduzida da
junta aps o assentamento. O comprimento total da tu-
bulao pode no ser suficiente para compensar.
3. Folha de PTFE Aditivado e ReestruturadoPara reduzir a fluncia, um novo processo de fabri-
cao foi desenvolvido para produzir folhas de PTFE. O
material submetido a um processo de laminao antes
da sinterizao, criando uma estrutura altamente fibrila-
da. O escoamento, tanto temperatura ambiente como a
temperaturas elevadas, reduzido substancialmente.
Para atender s necessidades do servio qumico, vrios
aditivos minerais ou artificiais so usados, tais como a
Barita, Slica Mineral e Sinttica, Sulfato de Brio ou
Micro-Esferas Ocas de Vidro. Cada enchimento possui
um servio de aplicao especfico, mas pode haver su-
perposio em muitas dessas aplicaes. Esse processo
conhecido como rPTFE. A Figura5 mostrarPTFE adi-
tivado com micro-esferas ocas de vidro, com uma am-
pliao de 100 vezes. As micro-esferas podem ser vistas
claramente inseridas na matriz de PTFE fibrilada. A Fi-
gura 6 mostra um rPTFE aditivado com Barita com uma
ampliao de 100 vezes, e a Figura 7 mostra o mesmoproduto, porm com uma ampliao de 500 vezes. A Fi-
gura 8 mostra um gro de Slica inserido na estrutura fi-
brilada de PTFE com uma ampliao de 100 vezes.
4. Testes RealizadosVrios testes foram realizados para avaliar as propri-
edades de cada um dos materiais. Os materiais testados
soidentificados ao longo deste trabalho conforme indi-
cado a seguir:
Primeiro dgito: P indica uma folha de PTFE
Segundo dgito: tipo da folha
R - PTFE reestruturado com aditivo
F usinado e com carga
V virgem e usinado
Terceiro dgito: tipo do enchimento.
B: barita
S: slica
G: micro-esferas ocas de vidro
F: fibra de vidro
Quarto e quinto dgitos: fabricante
Exemplos:
PRB11 folha reestruturada com barita, fabricante 11.
PFG19 folha reforada com micro-esferas de vidro, fabri-
cante 19.
7.1 Ciclagem TrmicaTodos os testes de ciclagem trmica foram conduzidos
usando flanges padro ASME B16.5. Aps a instalao da
junta, inicia-se o aquecimento.Quando a temperaturaatinge
250C (482F), o sistema pressurizado com Nitrognio.
Aps a estabilizao da temperatura, o aquecimento desli-
gado at que a temperatura atinja 28C (82,4F), quando ele
novamente ligado. Esse ciclo repetido 3 vezes. A queda
de presso monitorada e registrada. AsFiguras9 e 10mos-
tram a comparao entre sPTFE e rPTFE preenchidos com
esferas ocas de vidro. Devido ao maior relaxamento por
fluncia, a junta de sPTFE perdeu aproximadamente 63%
da presso inicial de N2. Por outro lado, a junta de rPTFE
perdeu menos do que 1%. A Figura 10 mostra a reduo noaperto da junta do material usinado (PGV) em comparao
com o rPTFE (PRG1). Essa reduo a causa da maior taxa
de vazamento para o produto PVG.
7.2 Deformao sob PressoDiferentes de juntas so comprimidos entre duas
placas lisas pr-aquecidas durante um minuto. A Figura
11 mostrafotografiasdas juntas aps o teste. A tempera-
turade260oC (500oF) a presso najunta de10 MPa
(1500 psi). A junta de PTFE usinado se deforma perden-
do sua estabilidade dimensional. Esse teste muito sim-
ples mostra, claramente, a maior resistncia fluncia
(ou escoamento) do rPTFE em comparao ao sPTFE
7.3 Aperto a QuenteEsse teste conduzido usando o procedimento DIN
28090-2. O aparelho de testes est mostrado na Figura
43. Para produtos de PTFE, o mdulo de compresso
temperatura ambiente (eksw) e temperatura elevada
(ewsw/t) no devem exceder 20% e 50% respectiva-
mente. Um teste a quente conduzido a 150C (302F)
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durante 16 horas. As Figuras 12 a 15 mostram o compor-
tamento temperatura ambiente e as Figuras 16 a 19 a
quente. A Figura 20 mostra os valores mdios tempe-
ratura ambiente, enquanto a Figura 21 mostra quente.
Os produtos aditivados com micro-esferas ocas de vidro
exibemmaior compressibilidade do queos demais. Esse
material est projetado para flanges frgeis onde essa
caracterstica necessria para garantir um assentamen-
to correto no flange. A estrutura menos densa desse pro-
duto tambm pode ser vista na Figura 5. Comparando o
sPTFE com o rPTFE: o primeiro possui maior compres-
sibilidade. A 150C (302F), a fluncia para o sPTFE
de aproximadamente 50%, esse valor muito elevado
comparado com os resultados para o rPTFE. Esse teste
confirma as concluses do teste de Ciclagem Trmica
que foi descrito anteriormente nesse trabalho. Tambm
pode ser observadoque o aditivo de Slica oferece a me-
lhor resistncia fluncia a temperatura mais alta.
7.4 Relaxamento sob Elevada PressoEsse teste segue o procedimentoDIN52913. O aparelho
de testes est mostrado na Figura 44. O material de teste
instalado com um torque de 50 MPa (7251 psi) e a tempera-
tura elevada para 150C (302F).Aps 16 horas, a presso
remanescente na junta medida. As Figuras 22 a 25 mos-
tram os resultadospara o rPTFE.A Figura 26 mostraa com-
parao dos valores mdios para o sPTFE e o rPTFE. Pode
ser observado que os diversos produtos base de rPTFE
possuem um comportamento semelhante para cada tipo de
aditivo, e eles exibem perda de aperto significativamente
menor do que os produtos base de sPTFE.
7.5 Selabilidade ASTMUsando o procedimento ASTM F37 B, a amostra de tes-
tes esmagadacom 7 MPa (1000 psi) e testada com iso-octa-
no a 0,7 bar (9,8 psi). O aparelho de testes est mostrado na
Figura46.Os resultados estomostradosnasFiguras 27a 31.
Independente do enchimento, os produtos base de rPTFE
possuem uma maior selabilidade do que os de sPTFE. O
rPTFE aditivado com Barita exibiu os melhores resultados.
7.6 Compressibilidade e RecuperaoEsse teste segue o procedimento ASTM F36. A com-
pressibilidade consistena reduode espessura quando uma
presso de esmagamentode 14,5 MPa (5000psi) aplicada
sobre o material. A recuperao consiste em quanto ele re-
cupera a espessura quando a carga removida. Ambas so
expressas como uma porcentagem da espessura inicial. As
Figuras 32 a 37 mostram os resultados dos testes. Os grfi-
cosmostramqueos materiais podem ser classificados como
sendo de alta ou de baixa compressibilidade. Se o aditivo
so micro-esferas ocas de vidro, no importa se o PTFE
usinada ou reestruturada, a compressibilidade e a recupera-
o da junta so elevadas. Para outros aditivos, a compressi-
bilidade menor e a recuperao elevada,se consideradas
como uma porcentagem. Contudo, se analisadas como um
valor absoluto, elas so muito baixas. Considerando os va-
lores mdios, tanto o sPTFE como o rPTFE possuem um
comportamento semelhante.
7.7 Selabilidade DINEsse teste segue o procedimento DIN 3535 parte 4.
Essa norma usada para qualificar Juntas para o uso em
vlvulas, acessrios e tubulaes de gs. A uma presso
de 32 MPa (4641 psi) aplicada de esmagamento na
junta e a taxa de vazamento medida com Nitrognio a
40 bar (580 psi). Para se qualificar a essa aplicao, a
taxa de vazamento deve ser inferior a 0,1mg/sec.m. O
aparelho de testes est mostrado na Figura 45. Todos os
produtos base de rPTFE exibem umataxa de vazamen-to que os qualifica para esse servio. Por outro lado, os
produtos usinados/moldados podem no se qualificar,
como est mostrada nas Figuras 38 a 42.
5. Microscopia Eletrnica de Varredura (SEM -Scanning Electron Microscope)
Para examinar a morfologia por meio da anlise de
SEM, as amostras foram fraturadas e revestidas com ouro.
As Figuras 47 a 51 exibem duas morfologias diferentes; O
PTFE Usinado Virgem ou com carga exibe fibrilas finas
(Figuras 47 e 48), enquanto o PTFE Reestruturado (Figu-
ras 49 a 51)exibem fibrilas maiores, alm das fibrilas mais
finas. Essa diferena na morfologia explica as melhores
propriedades mecnicas das folhas de rPTFE.
6. ConclusesAs fibrilaes da matriz de PTFE durante os proces-
sos de fabricao, juntamente com os aditivos, aumen-
tam as propriedades mecnicas, especialmente a
temperaturas mais elevadas, superando a propriedade
mais indesejvel das juntas base de PTFE, que o rela-
xamento por fluncia em temperaturas elevadas.
Foi mostrado que diferentes enchimentos atendems demandas da aplicao, tais como alta compressibili-
dade para flanges frgeis ou elevada resistncia mecni-
ca para presses mais altas.
Os resultados dos testes descritos ao longo de todo
esse trabalho mostram claramente o melhor desempe-
nho das folhas de juntas de PTFE aditivado e reestrutu-
rado para a manuteno de boa vedao, quando
comparados tanto com produtos usinados com carga e
sem carga.
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Figura 1 Figura 2 Figura 3
Figura 4 Figura 5 Figura 6
Figura 8Figura 7
Figura 9 Figura 10
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Figura 11
rPTFE sPTFE
Figura 12
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Figura 17 Figura 18
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Figura 19 Figura 20
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Figura 35 Figura 36
Figura 37 Figura 38
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Figura 43 Figura 44 Figura 46Figura 45
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