Seminario Polimeros de Alto Desempenho_FINAL

Alunos: Alan Barros de AlmeidaFrancisco A. BomfimThiago Fontoura de Andrade

Prof. Helio WiebeckProfa. Ticiane Sanches Valera

Polímeros de Alto DesempenhoDisciplina: Tecnologia de Polímeros - PMT5854-3

Roteiro da Apresentação

Polímeros de Alto Desempenho2

ObjetivoInstrodução;Propriedades e aplicações:

PEEK Polie éter-éter cetona;PI Poliimida;PPS Polissulfeto de fenileno;PES Poliéter sulfona;SRP Self-reinforcement phenylene.

Objetivo


O objetivo deste seminário é apresentar as propriedades dos Polímeros de Alto Desempenho, bem com as suas aplicações;

Os polímeros que serão apresentados são: PEEK, PI, PPS, PES e SRP.

Introdução


Os projetos para melhoria da eficiência energética, pricipalmente de veículos adotam diversas frentes com o objetivo de produzir materiais mais leves e resistentes.

Materiais que demandam alto desempenho e confiabilidade tem atraído muita atenção não só da indústria automobilística.

Um pouco de história!


As crises do petróleo (1973-1976), trouxeram a tona o problema do uso indiscriminado de fontes não renováveis;

A indústria automobilística passou a repensar os seus novos modelos de automóveis;

Somente após a superação de limitações tecnológicas, com o desenvolvimento de plásticos de alto desempenho, é que os plásticos passaram a ser empregados.

Um pouco de história!


A indústria tem substituído os materiais tradicionais de maneira gradativa;

Apenas nas últimas décadas é que o ritmo tem acelerado;

Atualmente sendo empregados na fabricação de tanques de combustíveis, coletores de admissão, bombas, polias e engranagens.

Média de utilização de polímeros em substituição ao aço:30 quilos – anos 70 180 quilos – anos 90 Acima de 200 quilos – atualmente

A indústria e os polímeros


Os plásticos têm demonstrado um alto índice de confiabilidade, permitindo também flexibilidade e economia de produção;

Em contrapartida, o uso de plásticos acarreta a economia de 7,5% de combustível para cada 100 kg de plásticos utilizados;

Um automóvel com vida útil de 150 mil Km pode economizar 750 litros de combustível.

Plásticos de alto desempenho reforçados com fibras, redução de 3 kg por roda.

Polímeros alto desempenho na saúde


A aplicação de polímeros de alta performance tem conquistado atenção na substituição de metal, vidro e outros materiais tradicionais em dispositivos tanto de uso único como re-utilizáveis.

Outro diferencial importante identificado em testes de biocompatibilidade, apontam que há polímeros de alta performance que não demonstram evidências de reatividade, citotoxicidade, intracutânea, sensibilização ou toxicidade sistêmica aguda.

Classificação dos polímero


Os polímeros distinguem-se entre si pelo grau de diferenciação, escala de produção, nível de consumo e, conseqüentemente, valor agregado.

São classificados em: polímeros para usos gerais

(commodities); polímeros para usos específicos

(engenharia); polímeros de alto desempenho.

Polímeros de alto desempenho


Estes polímeros são produtos com propriedades bem definidas e incomuns, tem alto valor agregado e são produzidos em escalas de pequeno porte.

Exemplos: Poli(óxido de metileno) (POM),;Politetrafluoroetileno (PTFE);Poli(tereftalato de butileno) (PBT);Poli(sulfeto de fenileno), (PPS);polímeros líquido-cristalinos (LCP);Poli-imidas (PI);Poli (éter-imida) (PEI);Poli (éter-cetona) PEK;Poli (éter-éter-cetona) PEEK.

Classificação dos polímeros


Valor agregado


Propriedades dos plásticos semi-cristalinos


Commodities Engenharia Alto Desempenho

Baixo Custo, Resistência à temperatura

Médios custo, resistência à temperatura e dureza Dificuldade de adesão

Resistência à temperatura

Excelente resistência química

Boa resistência química

Boas propriedades elétricas e dureza

Muito boas propriedades elétricas

Boas propriedades relacionadas à suporte e desgaste

Excelente resistência química

Baixo coeficiente de fricção



Absorção de umidade tendendo a zero

Alto Custo

Propriedades dos plásticos Amorfo


Commodities Engenharia Alto Desempenho

Baixo Custo, Resistência à temperatura e dureza

Médio custo, resistência à temperatura e dureza

Alto Custo

Boa establidade dimensional

Boa ou excelente resistência ao impacto

Alta resistência à temperatura

Geralmente transparente

Boa estabilidade dimensional

Alta dureza e pouca flexibilidade

Boa adesão Pode ser translúcido Boa resistência química

Resistência a água quente e ao vapor

Transparente

PEEK - Poli (éter-éter-cetona)

PEEK PolieteretercetonaPEEK é um termoplástico semi-cristalino com:

Resistência mecânica inerenteExcelentes propriedades térmicas e químicasTotalmente processável através da fusão

(moldagem por injeção e compressão e extrusão)Excelente resistência ao desgasteGera produtos não tóxicos quando queimadoPrincipais fabricantes da resina: Victrex e Solvay

16 Polímeros de Alto Desempenho

PEEKSíntese

Polímeros PEEK são obtidas por policondensação pela dialquilação de sais bisfenolato. Um exemplo típico é a reação do 4,4 '-difluorobenzofenona com o sal dissódico de hidroquinona, que é gerado in situ por desprotonação com carbonato de sódio. A reação é conduzida a cerca de 300 °C, em solventes apróticos polares - tais como difenil-sulfona

C

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O

17

PEEK

450G – Resina base450GL30: 30% Fibra de Vidro450CA30: 30% Fibra de Carbono


PEEKPerformance em alta temperatura

Temperatura de uso contínuo de 260°CTemperatura de transição vítrea (Tg) de

143°CTemperatura de deflexão térmica (HDT):

Material não carregado: 160°CMateriais reforçados com fibra de carbono e vidro:

310°CNão há perda de resistência após

envelhecimento a 200°C por 1 ano


PEEKPropriedades típicas


PEEKPropriedades típicas vs. Temperatura

21

PEEKResistência específica de materiais aeroespaciais

comuns.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Victrexcomposite

UF*

Victrex450CA30

7075-T6Aluminium

AISI 4130steel

A-55Titanium

ZK60A-T5Magnesium

Sp

ec

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Str

en

gth

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cm

3

0

1000000

2000000

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5000000

6000000

Sp

ec

ific

Str

en

gth

/ p

si

lb-1

in

3

UF* - Unidirectional Fibres22 Polímeros de Alto Desempenho

PEEKResistência química

Efeito da exposição ao flúido hidráulico Skydrol nas propriedades do PEEK

23

PEEK

Fuel Tank Manhole Covers

Positive Pressure

HTP SkinMan Hole Cover

Inner Box Face

Exterior Face

Positive Pressure

HTP SkinMan Hole Cover

Inner Box Face

Exterior Face

Benefits of VICTREX PEEK 150CA30• weight reduction• ease of manufacture• chemical resistance• low moisture absorption• low coefficient of expansion • dimensional stability over a broad range of temperatures• paintable for appearance, enhanced anti-static properties

(courtesy of Airbus)

24

PEEK

Benefits of VICTREX PEEK 150CA30 and 150GL30 • Compliance with Aircraft safety standards • Outstanding mechanical strength, creep and fatigue resistance• Low specific weight• Replacing metal die cast• Easy processing• Extended service life• Cost reduction

Door handles

(courtesy of KTR)25 Polímeros de Alto Desempenho

PSU frame rails & O2 bottle support

(courtesy of B/E Aerospace)

•Fatigue resistance to

Vibration

•V-0 requirements

•Creep resistance

•Mechanical strength

26Polímeros de Alto Desempenho

PEEK

Engine

Details

System: gearotor oil pumpApplication: rotorsMaterial: PEEK™ 450G

Requirements

temperature max. 180°C pressure 5 - 8 bar velocity > 10.000 rpm output > 16 l/min

PEEK™ Benefits

wear resistance noise reduction 10dB high efficiency longer lifetime27

PEEK

Transmission

Details

System: transmissionApplication: thrust washerMaterial: PEEK™ 450FC30

Requirements

temperature max. 160°C pv-value max. 50 Mpa*m/s velocity 10.000 rpm transmission oil resistance

PEEK™ Benefits

longer life time emergency properties efficient production price reduction28

PI - Poliimida

PI - PoliimidaÉ um termoplástico que se comporta como

um termofixoExcelentes propriedades térmicas

Sem temperatura de fusão nem TgTemperatura de uso contínuo: 291°C

Processável através da conformação/sinterização ou usinados de barra tubo ou chapas

Excelente resistência ao desgasteIsolante térmico e elétricoÓtima compatibilidade química (óleos, solventes

e combustíveis)30 Polímeros de Alto Desempenho

PISíntese

Vários métodos são possíveis para preparar poli-imidas, entre os quais: Reação entre um dianidrido e uma diamina (o método mais

utilizado) Reação entre um dianidrido e um di-isocianato.

Duas formas PrincipaisEstrutura linear, onde os átomos do grupo imida são

parte de uma cadeia linear. Estrutura heterocíclico, em que o grupo imida é parte

de uma unidade cíclica na cadeia de polímero.

Grupo Imida

31

PIPoliimidas aromáticas heterocíclicas são típicas de

poliimidas mais comerciais, como Ultem da GE e Vespel e Kapton da DuPont.

Vespel é produzido por policondensação do pirometacrilato dianidro (PMDA) e 4,4’ diamino difenil eter (ODA)

As propriedades das poliimidas vêm das fortes forças intermoleculares entre as cadeias poliméricas.


PI - Vespel SP1: Resina base SP21: 15% Grafite SP22: 40% Grafite SP211: 15% Grafite +

10% PTFE SP3: 15%MoS2


PIPropriedades típicas


PI

Details

System: transmissionApplication: thrust washerMaterial: Vespel SP1

Requirements

temperature max. 160°C pv-value max. 40 Mpa*m/s velocity 7.000 rpm transmission oil resistance

PI Benefits

longer life time emergency properties 140 Mpa*m/s price reduction high creep resistance

Arruelas de encosto

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PI

Details

System: engineApplication: Seal ringsMaterial: Vespel SP

Requirements

speed max. 160°C pv-value max. 40 Mpa*m/s velocity 3.000 – 10.000 rpm engine oil resistance

PI Benefits

longer life time emergency properties price reduction

Anéis Seladores

36

Comparativo de propriedades de polímeros de alto desempenho

37

PPS - Polissulfeto de fenileno

PPS Polissulfeto de fenilenoPPS é um termoplástico semi-cristalino com:

Excelentes propriedades térmicas (200°C por longo tempo ou 260°C em curto espaço de tempo) e químicas (solventes e corrosivos).

Auto-extinguível (classificado como flamabilidade UL94 V-0).

Excelentes resistências à flexão, tração, resiliência e fluência.

Alta estabilidade dimensional.Características dielétricas e isolante.Baixíssimos valores para absorção de

umidade e para o coeficiente de atrito.

PPS Polissulfeto de fenilenoO PPS é composto por uma série de anéis

aromáticos que se alternam com átomos de enxofre.

Descoberto no final do século XIX, só sendo industrializado na década de 1970 por meio da síntese do para-dicloro-benzeno e sulfeto de sódio.

PPS Polissulfeto de fenilenoSíntese:O PPS resulta da polimerização do para-dicloro-

benzeno com o sulfeto de sódio, em solventes polares. A resina saída do processo (raramente é usada pura, mas sim com fibras de vidro ou de carbono ou cargas minerais), possui massa molar relativamente baixa, entretanto seu aquecimento (abaixo de Tm = 285°C) a aumenta.

A cristalinidade do PPS é determinada pela temperatura do molde em que houve o processamento (normalmente injetado). Se a moldagem se der à temperatura ambiente e abaixo de Tg (exemplo 85°C), a cristalinidade é próxima dos 5%, mas moldes com temperaturas superiores a 130°C geram peças com cristalinidade maior que 60%.

Fabricantes da resina: GE Plastics.

PPS Polissulfeto de fenileno

Temperatura de uso contínuo: temperatura qual o material retém 50% das propriedades após 104horas.

UL94 V-0. Fonte: H. Wiebeck; J. Harada. Plásticos de engenharia. Ed. Artliber, 2005.


Fonte: H. Wiebeck; J. Harada. Plásticos de engenharia. Ed. Artliber, 2005.

Índice de Oxigênio: nível mínimo de O2 na atmosfera para sustentar a chama, quanto mais alto o valor menor a tendência à combustão (acima de 28 é sinal que a mesma não se sustentará).


Compatível com ácido nítrico (10%), fosfórico (85%), sulfúrico (30%) e hidróxido de sódio (30%), mas não com ácido clorídrico (37%). Em relação com os solventes orgânicos, o PPS é compatível com o álcool butílico, tetracloreto de carbono, acetato de etila, tolueno e gasolina, não é com o clorofórmio.

PPS Polissulfeto de fenilenoAplicações do PPS:

Substituto de peças metálicas por menor densidade, custo e por suas características conjugadas de resistência térmica química e mecânica.

Partes Automotivas: Quando expostas a altas temperaturas, fluidos corrosivos ou esforços mecânicos. Por exemplo, componentes da bomba de combustível, do alternador, da ignição etc.

PPS Polissulfeto de fenilenoAplicações do PPS:

Em Eletrodomésticos: Por exemplo, grade do secador de cabelo, isolamento do ferro de passar roupa, soquete de lâmpada etc.

Em Eletroeletrônicos: Por exemplo, conectores, interruptores de alta T, encapsulamento de chips etc.

PES - Poliéter sulfona

PES Poliéter sulfonaPES é um termoplástico semi-cristalino com:

Excelentes propriedades térmicas (180°C por longo tempo ou 220°C em curto espaço de tempo, alta entre os termoplásticos) e químicas.

Resistente à chama.Transparente.Altas resistências (entre -100 e 150°C) à

radiação, flexão, tração, resiliência e fluência.Alta estabilidade dimensional.Permite o fabrico de membranas. Características dielétricas e isolante.Dificuldade de processamento.

PES Poliéter sulfona

O PES compõem os derivados de sulfona (i.g. HTS com Tg igual a 265°C), grupo contendo enxofre ligado simples a 2 carbonos (podendo ser de um anel aromático) e ligado duplamente a 2 oxigênios.

Industrializado em 1965 pela Union Carbide. Hoje pela Solvey, BASF e PolyOne.


Síntese:O PES resulta da polimerização do difenol (i.g.

bisfenol – A ou um anel aromático do tipo C6H4(OH)2 – dihidróxi-benzeno) com uma sulfona orgânica (CIC6H4)2SO2 e com o carboneto de cálcio.


Fonte: http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=83fc0624f2ea4bb4aa54293621471312&ckck=1


Altamente resistente a ácidos minerais, álcalis, eletrólitos e em pH entre 2 a 13.

Resiste a oxidação, alvejantes, surfactantes e óleos hidrocarbonetos.

Não resiste a solventes orgânicos de baixa polaridade (i.g. cetonas e hidrocarbonetos clorados) e hidrocarbonetos aromáticos (i.g. benzeno).

Solúvel em diclorometano e metilpirrolidona.

PES Poliéter sulfonaAplicações do PES: São utilizados em aplicações

especiais e muitas vezes um substituto superior ao PC, também vidros, metais e cerâmicas.Usos: Equipamentos alimentícios,

eletroeletrônicos (carcaça, conector etc) e médicos (suporta esterilização), pode ser fabricado como membrana (com aplicações em hemodiálise, recuperação de águas residuárias e separação de gases).

Na indústria mecânica: Por exemplo, componentes próximos ao motor, bombas, bobinas, circuitos impressos etc.

SRP - Polifenileno self-reinforced

SRP Polifenileno self-reinforcedSRP é um termoplástico amorfo de ultra alto

desempenho, pois:Excelentes propriedades térmicas e

químicas (excelente à solventes).Resistente à chama.Leve e Transparente.Altas resistências à flexão, tração, resiliência

e fluência, mas com tenacidade para polímeros.

Alta estabilidade dimensional.Características dielétricas e isolante.Sem maiores dificuldades de

processamento.

SRP Polifenileno

O SRP é composto pelo grupo fenileno (C6H4).

Recentemente viabilidade industrial. Hoje disponível pela Solvey.

SRP Polifenileno

Fonte: http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=8db70a2620474e2b904054d68d46162b.

OBS: Resistência 50% maior que PEEK e maior leveza.

SRP Polifenileno

Aplicações do SRP: Este polímero igualou a resistência específica de uma liga de magnésio (AE42-F).

Aplicações médicas, como cateteres, stent etc

Substituto do PEEK pois também é biocompatível.

Metais x Polímeros

Comparação entre materiais através de seus módulos elásticos.

OBRIGADO !!!

Documents

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