Avancos No Processamento de Polimeros

“Avanços no Processamento porInjeção de Polímeros de EngenhariaSemi-Cristalinos.”

Maio /08Polímeros de EngenhariaDupont do BrasilEng. Walter AtolinoEng. Augusto Dornelles Filho

5/15/2008 DUPONT CONFIDENTIAL

2

Tópicos

• Polimeros Amorfos x Semi-Cristalinos

• Processamento ( foco em ciclo de moldagem )

• Filmes ( Amorfos x Semi-Cristalinos )


3

Estruturas dos Polímeros - Amorfos

Baixa Ordenação– Cadeias Políméricas

solidificam de maneira desordenada

Temperatura de Transição Vítrea - Tg

– Início de movimentação de segmentos da cadeia poliméricanas regiões amorfas:Abaixo da Tg – molécula “congelada” (polímero quebradiço)Acima da Tg – movimento das cadeias (polímero amolece e flui)

Tg


4

Estruturas dos Polímeros - Cristalinos

Alto grau de ordenação– Cadeias Poliméricas solidificam de maneira

ordenadaTemperatura de Fusão - Tm

– Cadeias Poliméricas na estrutura cristalinadesassociam-se ou se fundem (sólido líquido)

Semi-critalinos– Regiões amorfas possuem Tg

Tg

Tm

Tc


5

Modulo vs. TemperaturaPolímeros Cristalinos e Amorfos

TemperaturaTemperatura

ModuloModulo

Alta Cristalinidade

Baixa CristalinidadeAmorfoAmorfo

RigidoRigido

TTggC

TgA

TmC


6

0°C-100°C 100°CTg

PTFE

PE

POM

PCl

PC

PS

PA 6/6Sat

PVC

Nylon 11

PA 6/6DAM

PP

"Rigido"Baixa resistência à fadigaAlta resistência ao “creep”Quebradiço

Abaixo da Tg

"Elastomérico"Boa resistência à fadigaMenor Resistência ao “creep”Tenaz

Acima da Tg


7

Propriedades são Influenciadas por:

Estrutura Química

Cristalinidade / densidade *

Peso Molecular / distribuição do PM

Ramificações

Modificadores / aditivos

Ligações cruzadas

Forças Intermoleculares

* Afetadas pelas condições de moldagem


8

Processamento de Polímeros Cristalinos e Amorfos

Características ComunsMultiplas técnicas de processamentoAquecimento e refrigeração controladosSensíveis à umidade

Características Únicas

Cristalinos AmorfosContração Alta BaixaFluxo Alto BaixoFaixa estreita de fusão Sim Não

RegrasRegras de de moldagemmoldagem diferentesdiferentes sãosãousadasusadas parapara polpolíímerosmeros amorfosamorfos e e cristalinoscristalinos


9

Processamento de Polímeros Cristalinos e Amorfos

“O polímero semi-cristalino apresenta contração mais elevada durante a moldagem do que o polímero amorfo“

Por que são necessárias condições de processamento

diferentes para moldar polímeroscristalinos e amorfos ?


10

Moldagem de Polímeros Amorfos

Supercompactação é o maior problema

Peças agarram no molde

Peças trincam durante a ejeção

Tensões internas

Condições de moldagem ótimas

Injetar usando alta pressão

A pressão de recalque deve diminuir com o tempo (volume constante)

Altas temperaturas de molde reduzem tensões internas


11

Moldagem de Polímeros Cristalinos

Baixa compactação leva a:

Formação de rechupes e vazios

Baixo peso da peça

Cristalização incompleta leva a:

Empenamento

Alta Contração

Condições ótimas de moldagem

Injetar usando pressão moderada

Recalcar com a mesma pressão

Altas temperaturas de molde – auxiliamna cristalização


12

Moldagem Por Injeção

Fluxo

Formato

Refrigeração

Calor

Extração


13

Manuseio do material – Moagem

A quantidade máxima de moído depende do material e dos requerimentos da aplicação.

A performance das peças são mais afetadas pelaqualidade do material moído que pelo percentualutilizado.

Um sistema de separação, moagem e mistura emcircuito fechado é ideal.


14

Avanços no Processamento de Polímeros de Engenharia Semi-Cristalinos

Manuseio do material

Requisitos da máquina

Moldes

Ciclo de moldagem: Amorfos vs. Cristalinos

Outros Fatores


15

Amorfo

Resfriamento

Injeção

Dosagem

Roscaparada

Abert.

Fecham.Extração

Rec.

MATERIALSOB PRESSÃO

Cristalino

MATERIALSOB PRESSÃO

Resfriamento

Injeção

Rec.

Dosagem

Abert.

Fecham.Extração

Segurança

Ciclo – Amorfo x Cristalino


16

Detalhes do ciclo

Tempo de preenchimento: determinado pelo aspecto superficial e propriedades desejadas

Tempo de recalque: compactação do material sob pressão e compensação da contração volumétrica


17

Detalhes do ciclo (cont.)

Tempo de resfriamento: não é necessário para polímeros semi-cristalinos sendo somente o tempo de dosagem

Tempo de dosagem: deve ser determinado em função da velocidade tangencial máxima

RPM ideal= VT x 60000(Ø da rosca x 3,14)


18

Velocidades Tangenciais

Material VT máx. (m/s)Delrin® 100P 0,2

Delrin® 100ST 0,15Delrin® 500P, 900P, 311DP 0,3Zytel® 101L

(ny 66) 0,4Zytel® 70G30

(ny 66 30% FV) 0,15


19

Fundido para injeção Injeção na cavidade

Molde fechado – resfriamentoDosagem

Extração

Ciclo de Moldagem


20

Tempo de recalque


21

Pressão de Recalque e Desenho da Entrada


22

Módulo vs. TemperaturaAmorfo vs. Cristalino

Temperatura

Módulo

Alta Cristalinidade

Baixa Cristalinidade Amorfo

Rigido

TgC

TgA

TmC


23

Volume específico é 1 / Densidade

TgC Ta

TgA

TmC

Dens

idade

, g /c

c

Amorfo

Cristalino

Temperature

Densidade vs. Temperatura


24

50 100 150 200 250 300 3500

Temperatura, °C

1.10

1.05

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

Volum

e esp

ecífic

o, cc

/ g

Nylon 66

PC

Tm

Tg

Alteração de volume específico vs. temperatura - PA66 e PC


25

50 100 150 200 250 300 3500

Temperatura, °C

1.10

1.05

1.00

0.95

0.90

0.85

0.80

Nylon 66

PC

P = 0

P = 100 MPa

P = 0

P = 100 MPa

Volum

e esp

ecífic

o, cc

/ gPVT de Nylon 66 e PC


26

Densidade vs. Volume específico

Relação inversa

Densidade = 1 / Volume específico

Volume específico = 1 / Densidade

Densidade é importante para o peso da peça

Volume específico é importante para as condições de moldagem


27

Diagramas PVT

Volume vs. temperatura a diferentes pressões

Fácil identificar

— Tg

— Tm

Fácil de visualizar— Aumento de volume com temperatura

— Diminuição de volume com pressão

— Materiais cristalinos apresentam aumento brusco de volume na fusão que é inexistente nos amorfos

— Alterações de volume entre a temperatura ambiente e de proscesso são:

10–15% amorfos20–25% cristalinos


28

VolumeEspecífico

Temperatura

P = 0

P = 100 MPa

Compression

Expansão térmica

Injection

Amolecimento

PVT Amorfos


29

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Shear Rate (1/s) thousands

Visc

osity

(Pa•

s)

Delrin® 100PDelrin® 900P

0.5 1.0 1.5 2.01 / Fill time

Reologia: Alta viscosidade x Baixa viscosidade


30

1. Redução da pressãoexpansão

2. Redução da temperaturacontração

3. Melhor resultado –volume constante

VolumeEspecífico

Temperatura

3

12

0

PVT Amorfos - Resfriamento


31

Tensões internas Deformação Ou stress cracking

Polímeros amorfos – deformação pós-moldagem


32

Volum

e esp

ecífic

o

Temperatura

0

80 MPa

Durante a fusão(sólido líquido)volume x 16%

Contração de ~14%;Vazios formados devemser preenchidos commaterial fundidoCristalização sob pressãoconstante

Cristalização

Fusão

PVT Cristalino


33

Molde frio Cristalização pobre

Contração pós moldagemcom tempo etemperatura

Deformação

Polímero Cristalino – Deformação pós moldagem


34

Tempo de residência

TR médio= x 2 xCurso real de dosagem 60Curso total de dosagem Tempo de ciclo

TR médio ideal= 3 < TR < 10 minutos


35

Principais Conclusões (Ciclos)

•Os polímeros amorfos e semi-cristalinos requerem ciclos de injeção com tratamento diferenciado•O recalque é uma fase crítica na injeção de polímeros semi-cristalinos•O uso do ciclo correto permite otimizar o tempo de processamento e reduzir perdas devido a pecas de má-qualidade


36

Bibliografia

•Catálogos Técnicos da Dupont, elaborado pelo corpo de assistência técnica :ATC : Dupont American Technical Center ETC : Dupont European Technical Center


37

Documents

Avancos No Processamento de Polimeros