Soldagem polimeros

PROCESSOS POR ENERGIA ELETROMAGNÉTICA

• Resistência

• Indução

• Microondas

• Laser

• Radiofreqüência

UniãoUnião de de PlPláásticossticos

Soldagem por RF é útil parasoldar polímeros que possuemdipolos fortes, tais como:

•Polivinil Cloreto (PVC)•Poliuretanos•Poliamidas


AplicaAplicaççãoão de um campo de um campo alternadoalternado de de altaalta intensidadeintensidade a a estesestes dipolosdipolos , , estesestes tendemtendem a se a se orientarorientar com o campo com o campo

PROCESSOS POR ENERGIA ELETROMAGNÉTICA –RADIOFREQUÊNCIA

Os dipolos tentaram se alternar com a mudança de polaridade do campo, este processo leva a conversãode parte desta energia em calor, criando a solda .

Nos EUA a frequencia mais comum para soldagemcom RF é 27,12 MHz. Estas frequencias variam de país para país.



A alta intensidade do campo é normalmente aplicada a um polímero por eletrodos que são presssionadoscontra os dois lados da camada do filme.

Uma vez que a intensidade do campo decresce com a distância este processo tem mais sucesso quando oseletrodos estão próximos como no caso dos filmespoliméricos.



Soldagem ocorre a interface entre os filmes porque oseletrodos frios retiram calor da superfície do filme.



A eficiência de aquecimento é dependente do material.Poliefinas tais como o polietileno e polipropileno, possuem dipolos muito fracos que são quaseinsensitivos ao campo.



Na área médica as bolsaspara fluidos sãoprovávelmente a aplicaçãoprincipal de soldagem porRF. A bolsa e as entradas podemser feitas simultâneamenteem uma única operação.



O tempo de soldagem pode variar entre uma fração de segundo a vários segundos, dependendo do material, espessura do filme e área a ser soldada. A utilização de microprocessadores permite um melhor controle daqualidade e da velocidade da soldagem


JUNÇÃO POR SOLVENTES

Difere da técnica por fusão porque o estado viscoso éatingido por meio de um solvente.

Este solvente molha a superfície e molhamentoocorre e depois pressão éaplicada.


JUNÇÃO POR SOLVENTES

VANTAGENSBaixo custoAusência de efeitos térmicosTolerância a contaminantes

DESVANTAGENSEmissão de gases dos solventesDificuldade de seleção de solventesControle impreciso do processoBaixa capacidade para preencher falhasEvaporaçãp lenta do solvente“Crazing “

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União de Compósitos

COMPÓSITOS

• Os compósitos podem ser classificados de acordo com a forma do reforço:

1. Particulado – esferas, bastões, flocos, formas com dimensõesiguais;

2. Fibras – fibras longas ou curtas;

3. Laminados – São compostos de duas ou mais camadas;


COMPÓSITOS

Matriz

Termofixa

Termoplástica

(mechanical fastening +Adhesive Bonding)

Amorfa – cadeias arrumadasaleatoriamente

Semicristalina – possui as duas regiões.

Em soldagem a temperatura crítica é Tg para amorfos e Tm para os cristalinos

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COMPÓSITOS

Processos para soldar plásticos e compósitos podem serclassificados em dois grupos:

1. Aqueles que usam calor externo• Placa quente• Gás quente• Implantes• Resistência• Indução• Infravermelho• Laser

Implantes


COMPÓSITOS

Processos para soldar plásticos e compósitos podem serclassificados em dois grupos:

2. Aqueles que usam calor interno dentro do plástico.• Microondas• Fricção (rotação)• Vibração• Ultrasom


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COMPÓSITOS

Soldagem por fusão oferece algumas vantagens em relação ao “mechanicalfastening” = acoplamento mecânico e colagem.

Acoplamento mecânico– introduz furos no material enfraquecendo o mesmo

Colagem- se utiliza um termofixo que pode não ser compatível com o termoplástico.


COMPÓSITOS

O processo de soldagem por fusão pode ser dividido em 5 passos:

1. Preparação da superfície para remover contaminantes;

2. Aquecimento e fusão do termoplástico (matriz) s/ a superfície a sersoldada;

3. Pressão para promover o escoamento e molhamento;

4. Difusão intermolecular e mistura das cadeias poliméricas;

5. Resfriamento e resolidificação do termoplástico.


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COMPÓSITOS – PREPARAÇÃODASUPERFÍCIE

Preparação da superfície para compósitos termoplásticos é importante seas superfícies foram contaminadas.

A superfície pode ser tratada MecanicamenteQuimicamente

SujeiraÓleoGraxa

Podem ser removidos por técnicas de desengorduramento.


COMPÓSITOS –AQUECIMENTO

• A forma mais atraente de unir este material é aquela que aquecea superfície na vizinhança da solda.

•A presença de reforço, no entanto, pode afetar a condução decalor nomaterial compósito.

• Em compósitos reforçados por plásticos – a condutividade podeser anisotrópica.


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• Em compósitos reforçados por plásticos – a condutividade pode seranisotrópica.

Transversal

Longitudinal

Aquecimento

Perfil de aquecimento com uma fonte pontual.

Por causa de sua alta condutividade a fibra aquece mais em uma direção doque em outra.



• Reforço com fibras de alta condutividade térmica, também resfriamas superfícies das soldas rapidamente, portanto uma superfície comresina extra promove isolamento térmico, e facilita a soldagem.

• Durante o aquecimento de termoplásticos reforçados por fibras,pressão deve ser aplicada para evitar a formação de vazios e ocompósito se desfazer. A formação de vazios é devida a energiaelástica armazenada nas fibras que é liberada durante a o aquecimentopor fusão damatriz.


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COMPÓSITOS ‐ PRESSÃO

•A aplicação de pressão é necessária, deformando a superfície epermitindo que ocorra contato para a interdifusãomolecular.


•A presença de aspereza na superfície pode aumentarsubstancialmente a viscosidade efetiva.

Ex.: Compósitos com uma fração volumétrica de 60 a 70% de fibrasaumenta a viscosidade de 10 a 400 vezes.

Uma camada extra de resina reduz a viscosidade.


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COMPÓSITOS – DIFUSÃO INTERMOLECULAR

•A resistência da junta resulta da difusão intermolecular através dasuperfície e do emaranhado das cadeias.

• As cadeias poliméricas têmmovimento liberado nas pontas comouma cobra que vai se movendo gradualmente.


COMPÓSITOS DIFUSÃO INTERMOLECULAR

O tempo de difusão depende da temperatura de soldagem a qual por sua vez vai estar relacionada com a temperatura de transição.

Difusão intermolecular ocorre a temperaturas acima da temperatura de fusão.

(Tempo de difusão pequeno)

T> Tm > TG

Para polímeros amorfos TG

Para polímeros semicristalinos


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COMPÓSITOS – DIFUSÃO INTERMOLECULAR

Considerando que na temperatura de fusão um polímerosemicristalino se assemelha a um polímero amorfo, porém a umatemperatura muito mais alta que TG, o tempo de difusão é muitocurto.

De ummodo geral pode ser considerado instantâneo.


COMPÓSITOS – RESFRIAMENTO

• É o ultimo passo no processo de soldagem. À medida que otermoplástico resfria e solidifica, a integridade é atingida na junção.

•A pressão deve ser mantida até que o compósito tenha solidificado osuficiente.

• A taxa de resfriamento pode afetar a composição (microestrutura dopolímero). No caso de polímeros semicristalinos pode afetar aporcentagem de cristalinidade.

• De um modo geral, alta porcentagem de cristalinidade forneceresistência ao solvente e é associada com redução em tenacidade.


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COMPÓSITOS – RESFRIAMENTO

•A taxa de resfriamento afeta a composiçãoPor exemplo: em semicristalinos (afeta a porcentagem de cristalinidade).

•O percentual de cristalinidade afeta a resistência do solvente –Tenacidade.

P

P

Pressão é mantida enquanto resfria.

E o compósito solidifica


COMPÓSITOS ‐ REQUISITOS PARAAUNIÃO

Técnicas para fusão ou soldagem de compósitos devem atender váriosrequisitos básicos.

1. O processo de união deve produzir uma ligação resistente de forma confiávelcom reprodutibilidade minimizando, desconsolidação e deformação.

2. A técnica deve ser flexível o suficiente para acomodar partes comgeometrias diferentes, matrizes e reforços diferentes.

3. Ummeio de inspeção deve existir, durante ou após a soldagem.

4. O fator custo – benefício deve ser avaliado.

Padrões para avaliação deste tipo de junção ainda estão em desenvolvimento.


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COMPÓSITOS – PROCESSOSQUEUTILIZAMAQUECIMENTO EXTERNO

• Placa quente

• Gás quente

• Implante por resistência

• Implante por indução

• Infravermelho

• Laser


COMPÓSITOS – PROCESSOSQUEUTILIZAMAQUECIMENTO EXTERNO

PLACAQUENTE

Neste caso o aquecimento e pressão são feitos em tempos diferentes. Isto

pode ser particularmente difícil para compósitos que possuam reforços com

alta condutividade térmica, porque a superfície pode se resolidificar antes

das partes se alinharem.


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COMPÓSITOS – PROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTOEXTERNO

GÁSQUENTE

Esta técnica é conveniente para pequenas áreas por ser muito lenta,cerca de 0,8 a 5 mm por segundo.

Pode ser feito manualmente ou semi‐automático.

Não pode ser aplicado para juntas de alta resistência, porque a regiãode junção é pequena.


COMPÓSITOS – PROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTOEXTERNO

IMPLANTE POR RESISTÊNCIA

É um processo adequado para união de compósitos que possua reforçocondutor.

Porém pode ser usado com compósitos não condutores quando a presençade uma camada de fibras não é crítica para a junta.

IMPLANTE POR INDUÇÃO

Compósitos com fibras condutoras tendem a se aquecer como um todo,uma forma de minimizar o problema é colocar material mais condutor doque as fibras na superfície a ser unida.


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COMPÓSITOS ‐ PROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTOEXTERNO

INFRAVERMELHO E LASER

Devido a intensidade do processo, deve ser limitado a pequenas áreas.

OBS.: MUITOS DESTES PROCESSOS SE ENCONTRAM EMDESENVOLVIMENTO.


COMPÓSITOSPROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTO INTERNO

• Microondas

• Rotação

• Vibração

• Ultrasom


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COMPÓSITOS ‐ PROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTOINTERNO

MICROONDAS

Dependendo da freqüência do campo eletromagnético e da natureza dopolímero, as moléculas podem ser excitadas de forma diferente.

O resultado deste movimento molecular permite que a energia sejadissipada e omaterial aquecido.

Esta técnica não pode ser utilizada para compósitos que possuam reforçoscondutores , porque este iria isolar a interface do campo eletromagnético.


COMPÓSITOSPROCESSOS QUE UTILIZAM AQUECIMENTO INTERNO

ROTAÇÃO

Pode resultar em desalinhamento emmateriais reforçados por fibras.É conveniente para partes cilíndricas.

VIBRAÇÃO

Omovimento linear pode resultar em desalinhamento das fibras.

ULTRASOM

Esta técnica é utilizada quando a energia por fricção causa deformação.


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União de Plásticos

ADHESIVE BONDING

• União por adesão reduz gastos de energia;

• Permite distribuição uniforme de tensão;

• Une desde pequenas partes eletrônicas até grandes painéis;

• Não permitem desmontagem

Aeroespacial /Militar

Automotiva


ADHESIVE BONDINGOmercado de adesivos e selantesaumentou de 35.6 bilhões dedólares em 2006 e deve atingir46.4 Bilhões em 2012 com umcrescimento anual de 4,7%.

China, Corea do Sul , Taiwan eVietnam devem crescersignificativamente.

Os produtos que devem crescerincluem adesivos eletrônicospara circuitos impressos, sistemas“hot melt” para aplicaçõesautomotivas.

Dados de 2006

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União de PlásticosADHESIVE BONDING

Hot Melt Adesivos “Hot melt” podem ser usados tanto

com ou sem aplicação de pressão

São usados extensivamente na indústria de

embalagem para produzir

Caixas

Malas

Embalagens de alimentos

Bandejas

Laminados

Encadernação

União de Plásticos ADHESIVE BONDING

A estrutura‐base é fabricada de componentes de alumínio "riveted‐bonded" , ou seja, peças fundidas sob alta pressão,peças estampadas e peças extrudadas montadas utilizando técnicas avançadas, entre as quais junção com adesívo,rebits auto‐perfurantes e parafusos tipo "flow drill".

Utilizam‐se os rebites auto‐perfurantes de forma análoga à soldagem de ponto no caso de carcaça tradicional de aço, enquanto os parafusos tipo "flow‐drill" são utilizados para situações nas quais o acesso é limitado a um lado de um conjunto de seção fechada.

LOTUS APX “Aluminium Performance Crossover”

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ADHESIVE BONDING

Ambas técnicas de junção fixam a estrutura doconjunto durante o ciclo de cura do adesivo,contribuindo assim para o desempenho da estrutura,tanto sob condições de impacto estático comodinâmico.

O adesivo de alta resitência, após cura é o principalmeio de garantir a integridade da junta, mas sendoutilizado em conjunto também com os fixadoresmecânicos, produz uma junta de altíssima resistênciamecânica de elevada durabilidade, além de umcarcaça que é leve e que possui uma rigidez torsionalexcepcional.

LOTUS APX “Aluminium Performance Crossover”


ADHESIVE BONDING

1 .Polietileno com ligações cruzadas (PEX) 2. Camada de Adesivo3. Alumíno (Oxygen barrier )4. Adhesive 5. (PEX)

O “front‐end carrier” suporte dianteiro do Polo Volkswagen 2005, é construído com um reforço de aço colado a uma estrutura de plástico com um adesivo Betamate da Dow Automotive

A estrutura resultante reduz em 25% o peso comparado com as versões anteriores, reduz custoa em 10% e atende os requesitos estruturais

Tubos

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Existem 4 passos básicos para realizar a Colagem

1. Preparação da superfície:

UmidadeÓleoPoeiraCamadas oxidadas

devem ser removidos.


ADHESIVE BONDING

Existem 4 passos básicos para realizar a Colagem

2. Colocação do adesivo: Deve estar na forma líquida com baixaviscosidade.

3. Aplicação de calor e / ou pressão.

4. Cura (para termofixo) e Resfriamento (termoplásticos)

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Termofixos ‐ formados por longas cadeias poliméricas por reação

química (cura)Calor é o meio mais comum de cura

Luz Ultravioleta, oxigênio ‐ acrilicosUmidade ‐ cianoacrilatos

Termoplásticos (hotmelts)

Adesivo é aquecido até amaciar e endurece ao resfriar ‐Polietileno, PVC


ADHESIVE BONDING

Para formar uma junção por adesão, além dos quatro passos básicos devem serobservados.

a) Molhamento adequado – o adesivo tem quemolhar o substrato.

b) Desenho de junta apropriado.

c) Escolha correta do adesivo.

d) Endurecimento.

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ADHESIVE BONDING

Adesivos podem ser agrupados em 3 classes, com relação ao métodode cura:

• Secagem

• Resfriamento

• ReaçãoQuímica


ADHESIVE BONDING –ADESIVOSQUE SECAM

São dissolvidos

São curados

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• A presença do líquido reduz a viscosidade do meio de modo a permitir que o adesivo molhe osubstrato e uma vez que isto tenha ocorrido, o solvente ou meio dispersante deve serremovido.

• Com substratos porosos tais como madeira ou papel este dispersantes podem ser drenadospor ação capilar.



• Se, no entanto, este substrato não for poroso é necessário evaporar a águano líquido orgânico antes de colocar as superfícies em contato.

• A permanência do solvente na superfície empobrece a resistência da junta.

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União de PlásticosADHESIVE BONDING – ADESIVOSQUESECAM

Desvantagens deste tipo de adesivo

1. O líquido pode atacar o substrato

Solventes Orgânicos – podemdissolver o substrato plástico.

H2O – em substratos metálicos pode causar corrosão.



Desvantagens deste tipo de adesivo

2. A necessidade de evaporar o líquido antes de fazer a união, reduz a taxa deprodução

3. O uso de “solventes orgânicos” oferecem outros problemas tais como:

Toxidade & Inflamabilidade

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ADHESIVE BONDING –ADESIVOSQUECURAMPOR RESFRIAMENTO

• Este tipo de adesivo é referido como “Hot – Melt” os quais são polímerostermoplásticos.

• O polímero termoplástico se torna macio quando aquecido. Quando aviscosidade do polímero cai o suficiente e permite que este venha amolhar o substrato a ser ligado.

• Durante o resfriamento o adesivo polimérico termoplástico se solidifica edesenvolve alta resistência coesiva.

• Se os substratos forem altamente condutivos existe o perigo do adesivose solidificar sem que omolhamento ocorra.


ADHESIVE BONDING ‐ADESIVOSQUECURAMPOR REAÇÃOQUÍMICA

• São geralmente aplicados aos substratos como monômeros ou resinas eentão polimerizados na junta.

• Esta classe de adesivos tem uma grande variedade de formas atemperatura ambiente:

Líquidos com baixa viscosidadePastasPósBastõesMassas

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ADHESIVE BONDING ‐ADESIVOSQUECURAMPOR REAÇÃOQUÍMICA

A reação polimerização pode levar a obter:

uma borracha com ligações cruzadas

um termoplástico

adesivo polimérico termofixo

A reação química se realiza à temperatura ambiente e então é catalisada por uma fonte externa, tal como ultra violeta, a presença de umidade e a presença de oxigênio.


ADHESIVE BONDING ‐ADESIVOS QUE CURAM POR REAÇÃO QUÍMICA

• A reação química pode também ser usada por um endurecedor, tal como uminiciador ou agente de cura.

• Algumas reações químicas podem ocorrer vagarosamente e outras formulaçõesirão reagir sómente a temperaturas elevadas.

• Portanto, aquecimento pode ser necessário em alguns destes processos deadesão.

Em outros casos, alguns adesivos são formulados em pares e estas duas partesnãopodem ser misturadas antes do adesivo ser aplicado.

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União de Plásticos ADHESIVE BONDING ‐ADESIVOSQUECURAMPOR REAÇÃOQUÍMICA

Comparado com adesivos que endurecem por remoção do solvente ou meiodispersante ou por resfriamento, os adesivos que endurecem por reação química,oferecemmuitas vantagens.

1. Quase 100% dos adesivos utilizados são sólidos, não havendo, portanto, H2O oulíquidos orgânicos para serem eliminados.

2. Diferente dos termoplásticos (Hot Melt) muitas formulações podem serendurecidos a temperatura ambiente, não havendo necessidade de aquecimento.Ao mesmo tempo, eles também são capazes de molhar rapidamente e se ligar asubstratos com alta condutividade térmica.

3. A temperatura (resistência) é geralmente superior aos métodos de cura dosadesivos.


ADHESIVE BONDING ‐ ADESIVOS QUE CURAM POR REAÇÃOQUÍMICA

As principais desvantagens dos adesivos que curam com reação químicasão:

• baixa taxa de cura comparada aos termoplásticos

• A complexidade dos aparatos para manter os substratos no lugar,enquanto, adesivo endurece lentamente.

Os adesivos em duas partes também implicam em uso de misturadoresautomáticos aumentando o custo de produção.

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ADHESIVE BONDING ‐ REQUISITOS PARAUMABOA JUNTA

1. O primeiro requisito a ser definido é o formato da junta, onde deve ser

considerado:

• Direção de carregamento

• Área de ligação

• Espessura de camada

• Tipo de material a ser colado

2. Seleção do tipo de adesivo

• Existe ummercado de 500.000 adesivos

• Os critérios de seleção são funcionais e operacionais


ADHESIVE BONDING ‐ REQUISITOS PARAUMABOA JUNTA

Adesão?

Fenômeno interfacial

Dependente da forma pela qual as superfícies dedois materiais diferentes são atraídas entre si.

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ADHESIVE BONDING ‐MECANISMOSDEADESÃO

Existem quatro mecanismos de adesão:

A) Adsorção

B) Difusão

C) Eletrostático

D) Ancoragem Mecânica

União de Plásticos ADHESIVE BONDING ‐TEORIA DAADSORÇÃO

A adesão é associada a forças atrativas entre o adesivo e o aderente

A força atrativa mais comum são as forças de Van der Waals

InteratômicasIntermoleculares Função do aderente

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ADHESIVE BONDING ‐ TEORIA DADIFUSÃO

Teoria de VOYUTSKI, onde é sugerido que a adesão é o resultado dainterdifusão entre as cadeias de moléculas sobre o material dasuperfície.

Interdifusão molecular não explica a adesão entre polímeros e metal.


ADHESIVE BONDING ‐ TEORIA ELETROSTÁTICA

Considera a formação de cargas de sinais opostos através dainterface entre dois materiais dissimilares.

+-

+-

+-

+-

+--

A adesão é como um capacitor.

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ADHESIVE BONDING ‐ TEORIA DAANCORAGEMMECÂNICA

Sugere que a ancoragem do encaixemecânico é a base da adesão.

IMIDE MATERIALS Key Characteristics: Very High Cost Per Pound Excellent Properties Above 400°F Excellent Electrical Properties Excellent Dime nsional Stability Low Coefficient of Fric tion

Materials: PI

PAI PBI

IAPD THERM OPLASTIC S RECTANGLE

AMORP HO US HIG H PERFORMA NCE PLASTICS Key Characteristics

High Cost High Temperature

High Strength & Good Stiffness Good Chemical Resistance

Transparency Hot W ater & S team Resistance

Materials: Polysulfone

Polyetherim ide Polyethersulfone Polyarylsulfone

SEMI-CR YSTALLINE HIG H PERFORMACE PLASTICS

Key Characteristics: High Cost

High Temperature High Strength

Good Electrical Properties Outstanding Chemical Resistance

Low Coeffic ient of Fric tion Good Toughness

Materials: PVDF PTFE

ECTFE FEP PFA PPS

PEEK

AMORP HOUS E NG INEERING PLASTICS

Key Characteristics: Moderate Cost

Moderate Temperature Resistance Moderate S trength

Good Impact Resistance Translucency

Good Dimensional Stability Good Optical Qualities

Materials: Polycarbonate Modified PPO Modified PPE

Thermoplastic Urethane

SEMI-CR YSTALLINE E NG INEERING PLASTICS

Key Characteristics: Moderate Cost

Moderate Temperature Resistance Moderate Strength

Good Chemical Resistance Good Bearing and W ear Properties

Low Coeffic ient of Friction Diff icult to Bond

Materials: Nylon Acetal PET PBT

UHMW -PE

SEMI-CR YSTALLINE COMMOD ITY PLASTICS

Key Characteristics: Low Cost

Low Temperature Resistance Low Strength

Excellent Chemical Resistance Low Coeffic ient of Fric tion

Near Zero Moisture Absorption Very Good Electrical Properties

Good Toughness

Materials: Polyethylene

Polypropylene Polymetnylpentene(TPX)

AMORP HO US COM MOD ITY PLASTICS

Key Characteristics: Low Cost

Low Temperature Resistance] Low Strength

Good Dimensional Stability Bond Well

Typ ically Transparent

Materials: Acrylic

Polystyrene ABS PVC

PETG CAB

SEMI-C

RYSTA

LLINE

PLASTIC

S

AM

OR

PHO

US P

LAST

ICS

AMORP HO US PLASTICS KEY C HARACTER ISTICS: Soften Over a Broad Range Of Temperatures

Easy to Thermoform Tend to Be Transparent

Bond W ell Using Adhesives and Solvents Prone To Stress Cracking Poor Fatigue Resistance

Stuctural Applications Only (Not for Bearing & W ear)

SEMI-CR YSTALLINE PLASTICS KEY C HARACTER ISTICS: Sharp Melting Point

Difficult to Thermoform Tend to Be Opaque

Difficult To Bond Using Adhesives and Solvents Good Resistance To Stress Cracking

Good Fatigue Resistance Good For Bearing and W ear, As W ell As Structural Applications

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