Andre Carvalho

PLÁSTICOS DE ALTO DESEMPENHO, UMA ÓTIMA ALTERNATIVA PARA

APLICAÇÕES ESPECIAIS NA ENGENHARIA

M.Eng. Andre CarvalhoProf. Dr. Hélio Wiebeck

M.Eng. José Alex Sant’AnnaPhD Janaína Barros

11 de Novembro 2.010

Andre Carvalho

PlPláásticos de Alto Desempenhosticos de Alto Desempenho

São polSão políímeros e compostos com propriedades bem definidas e meros e compostos com propriedades bem definidas e incomuns, tem alto valor agregado e são produzidos em escalas deincomuns, tem alto valor agregado e são produzidos em escalas demenor porte.menor porte.

Andre Carvalho

“Nós denominamos as Civilizações pelos principais materiais que elas utilizam: a Era da Pedra, Era do Bronze,Era do Ferro.

Uma civilização é tanto desenvolvida quanto limitada pelos materiais de que dispõe. Hoje, o Homem vive na fronteira entre a Era do Ferro e a Era dos Novos Materiais.”

Sir George Paget Thomson, Premio Nobel de Física de 1937.

Andre Carvalho

Evolução da utilização dos termoplásticos

10000 5000 0 1000 1500 1800 1900 1940 1960 1980 1990 2000 2010 2020

Slide 11

POLÍMEROS,ELASTÔMEROS

COMPÓSITOS

Ferro

Ferro fundido

Aços

Aços liga

Ligas leves

Super ligas

Ligas Ti, Zr

MadeirasPelesFibras Colas

Borracha

Bakelite

NylonPE

PMMAPC PS PP

PoliésteresEpóxi

Acrílicos

Polímeros de alta temperatura

Polímeros de alto módulo

Sapê Papel

PRFC

PR

PedraFlint

CerâmicaVidro

Cimento FVRefratáriosCimento Sílica Cerâmicas de engenhariaPortland fundida Cermets Piro-cerâmica

Metais amorfos DesenvolvimentoLigas de Al-Li lento:Aços multifásicos principalmente Aços micro-liga controle de qualidade Novas super ligas e processamento

Impo

rtân

cia

rela

tiva

dos

mat

eria

is

CERÂMICAS,VIDROS

Sant’Anna, A. adaptado de Ashby 1992

METAIS

Andre Carvalho

Materiais PoliméricosPOLÍMEROS

ELASTÔMEROS PLÁSTICOS

TERMO-PLÁSTICOS

TERMO-FIXOS

AMORFOS SEMI -CRISTALINOS

Andre Carvalho

Onde focar as aplicações de alto desempenho

Andre Carvalho

Motivações para uso dos plásticos de alto desempenho

LegislaçãoEmissões Redução efeito estufaEconomia de combustíveis

TécnicoAvanços em Powertrain: turbo charginghíbridos e injeção direta.Diversidade de combustíveis: Flex, Biodiesel e LPG.

Economia GlobalRecessãoGlobalizaçãoDemanda global em países emergentes

• Downsizing

•Design mais

restrito

• Menos espaço

• Redução da

refrigeração por ar

1994

2001

2008

Andre Carvalho

Do metal para os plásticos dealto desempenho

polifenileno auto reforcávelPrimoSpire® SRP

Andre Carvalho

Poliamidas AromáticasPoliftalamida (PPA)

Cristal Líquido Polimérico (LCP)

Poli(sulfeto de fenileno) (PPS)

Outros Semi-Cristalinos

Poliarilamida (PARA)

Andre Carvalho

Propriedades GeraisPoliamidas Aromáticas / Semi-Cristalinas oferecem:• Excelente rigidez e resistência mecânica• Resistência química diferenciada • Resistência à fadiga• Resistência térmica para a faixa

-40˚C to 300˚C• Alta fluidez

Andre Carvalho

PPA: Aplicações típicas

• Automotiva– Sistemas de combustíveis– Gerenciamento térmico de

motor– Conectores eletrônicos

• Componentes de sistemas hidráulicos

• LED• Exploração de petróleo

combina alta resistência térmica e química com superior propriedades mecânicas

12Andre Carvalho

combina rigidez com excepcional acabamento superficial

• Equipamentos eletrônicos– Carcaça de celulares e

smart phones– Barbeadores

• Componentes estruturais automotivos

• Componentes elétricos• Equipamentos médicos• Componentes de registros

e torneiras

PARA: Aplicações típicas

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Polímeros Sulfonados

Polisulfona PSU (derivação do Bisfenol A)

Poli(eter sulfona) PESU (derivação do Bisfenol S)

Poli(fenil sulfona) PPSU (derivação do Bisfenol)

SO2 O O

SO2 O SO2 O

SO2 O O

Andre Carvalho

Propriedades GeraisPolímeros sulfonados oferecem:• Tenacidade e transparência• Estabilidade a longo prazo de -40˚C a 200˚C• Estabilidade dimensional e hidrolítica• Resistência ao creep

15Andre Carvalho

PPSU: Aplicações típicas• Interior de aeronaves comerciais• Coatings• Panela• Bandejas de refeição• Medica & dental devices,

caixas e bandejas• Conectores & manifolds para água quente• Isolamento de fios e cabos especiais

alta HDT, super-tenacificação, resistência química e àesterilização

Andre Carvalho

Fluoropolímeros

2200-1700170Poli(fluoreto de vinilideno) PVDF

2000-1500240Copol. de etilene e clorotrifluoretileno ECTFE

500-400285MFA

600-500305PFA

500> 320 (não funde)Poli(tetrafluor etileno) PTFE

Módulo Elástico (MPa)Tm (°C)FórmulaFluoropolímero

2200-1700170Poli(fluoreto de vinilideno) PVDF

2000-1500240Copol. de etilene e clorotrifluoretileno ECTFE

500-400285

600-500305

500> 320 (não funde)Poli(tetrafluor etileno) PTFE

Módulo Elástico (MPa)Tm (°C)FórmulaFluoropolímero

% Fluor

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Excepcionais propriedades

• Alta resistência térmica a até 260oC• Resistência química (inclui H2S)• Isolamento elétrico• Fácil processamento (PTFE não é processado via

fusão)• Acabamento superficial• Baixa permeabilidade• Baixa absorção• Resistência à fadiga

Andre Carvalho

Aplicações típicas

• Fios e cabos elétricos• Elétricas • Tubos flexíveis e tubulações• Tanques• Válvulas• Inerente resistência à chama

Andre Carvalho

RISERS

FLOWLINES

UMBILICAIS

Bombas Submersíveis

Cabos

Aplicações típicas Off Shore

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Ultra PolímerosPoli(éter éter cetona) (PEEK)

Polifenileno auto reforçante (SRP)

Poli(amida imida) (PAI)

O O C

O

Andre Carvalho

O que faz dos Ultra Polímeros Ultra?

Combinação de propriedades Superlativas• Desempenho térmico elevado• Excepcional resistência & rigidez• Incomparável resistência ao desgaste• Extrema dureza• Resistência química elevada• Inerente resistência à chama

Andre Carvalho

Propriedades e requisitos de aplicações

Andre Carvalho

Resistência mecânica especifica (105 in-lbf/lb)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

PrimoSpirePR-120

PrimoSpirePR-250

Aluminum,Heat TreatedDie Casting,

296

Aluminum6061-T4

CarbonSteel, C1018

MagnesiumAE42-F

StainlessSteel, 301

Titanium 6-2-4-2

Comparação aos Metais

SRP é comparavel aos metais na relaçãoresistência/massa

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Aplicações típicas

Anéis retentores CMP

Engrenagens e buchas

Haste de fixação de joelho

Arruelas de encontos e anel de vedação

AeroespacialMilitar

HealthcareTransportesEletrônicosIndustrial

Óleo e Gás

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Andre Carvalho

SOLVAY Specialty PolymersSouth America

andre.carvalho@solvay.com(55 11) 3708 5018

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