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
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Onde focar as aplicações de alto desempenho
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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
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Do metal para os plásticos dealto desempenho
polifenileno auto reforcávelPrimoSpire® SRP
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Poliamidas AromáticasPoliftalamida (PPA)
Cristal Líquido Polimérico (LCP)
Poli(sulfeto de fenileno) (PPS)
Outros Semi-Cristalinos
Poliarilamida (PARA)
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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
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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
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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
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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
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Aplicações típicas
• Fios e cabos elétricos• Elétricas • Tubos flexíveis e tubulações• Tanques• Válvulas• Inerente resistência à chama
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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
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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
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Propriedades e requisitos de aplicações
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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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SOLVAY Specialty PolymersSouth America
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