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Material plástico de alta temperatura

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A pesquisa e o desenvolvimento nos campos da química de polímeros e da ciência dos materiais foram significativos em meados do século XX. Os plásticos e polímeros foram criados como resultado dessa pesquisa e desenvolvimento. Esses materiais tinham a capacidade de resistir a temperaturas mais altas. Inicialmente, foram criados o sulfeto de polifenileno e o politetrafluoretileno, que provaram ser capazes de enfrentar e suportar temperaturas mais altas em comparação com os plásticos tradicionais. O setor aeroespacial aumentou significativamente a demanda e a exigência de polímeros ou plásticos de alta temperatura na década de 1970. Os esforços que foram feitos devido à exigência de materiais leves, com características mecânicas e térmicas excepcionais, resultaram na criação de polímeros como vários tipos de poliamidas e poliéter-éter-cetona.

Por fim, as peças de metal dos motores de aeronaves e seus componentes estruturais foram substituídos por esses plásticos leves e resistentes a altas temperaturas. Os plásticos convencionais tendem a amolecer em altas temperaturas e começam a se degradar nessas temperaturas elevadas. Por outro lado, os plásticos de alta temperatura mantêm suas propriedades intactas em temperaturas elevadas e são considerados adequados para serem usados em setores onde existem condições operacionais extremas. Essas propriedades incluem resistência química, estabilidade dimensional e propriedades mecânicas que são vitais para o desempenho dos plásticos de alta temperatura. Esses plásticos de alta temperatura, projetados para enfrentar e resistir a altas temperaturas em ambientes extremos, também são chamados de termoplásticos de engenharia ou termoplásticos de alto desempenho.

 

Definição do material plástico de alta temperatura

Material plástico de alta temperatura é o material especialmente projetado para operar em altas temperaturas e resistir a essas temperaturas elevadas. A característica básica importante é que os plásticos de alta temperatura mantêm sua integridade estrutural e suas propriedades mecânicas em altas temperaturas. Esses plásticos de engenharia de alto desempenho mantêm sua forma original e não se deformam quando operam em temperaturas elevadas.

Dependendo da categoria dos plásticos, eles mantêm suas características entre as faixas de temperatura de 150 °C a mais de 300 °C. Esses plásticos de alta temperatura são utilizados em aplicações de alta temperatura em que os plásticos normais se degradariam e se deformariam e não conseguiriam sustentar essa alta temperatura. É pertinente mencionar que os metais têm um peso elevado e também são suscetíveis à corrosão. Tendo isso em vista, os materiais plásticos de alta temperatura substituem os metais nessas aplicações, pois são leves e resistentes à corrosão.

Polímeros de alta temperatura e plásticos de alta temperatura (Diferenciação)

A variação na composição e na estrutura diferencia os plásticos e os polímeros. Os polímeros de alta temperatura são uma categoria ampla, enquanto os plásticos de alta temperatura são um subconjunto dessa categoria mais ampla. Os polímeros de alta temperatura são compostos por termofixos e termoplásticos. Métodos avançados de polimerização são aplicados para sintetizar esses polímeros. Na maioria das vezes, reforços ou aditivos específicos são utilizados para aumentar seu desempenho em altas temperaturas.

No entanto, os plásticos para altas temperaturas são compostos apenas por termoplásticos. Esses plásticos são projetados para enfrentar e sustentar temperaturas elevadas sem se deformar. Esses plásticos oferecem muito pouca ou nenhuma degradação em altas temperaturas. Esses plásticos são projetados especificamente para manter sua resistência química, propriedades mecânicas e estabilidade dimensional em ambientes de alta temperatura.

Quais são os materiais dos plásticos de alta temperatura (características e aplicações)?

Veja a seguir os materiais que se enquadram na categoria de plásticos de alta temperatura.

  1. Politetrafluoretileno (PTFE)

Esse material, também chamado de PTFE, é um excelente isolante elétrico e é amplamente utilizado em aplicações que exigem isolamento elétrico. Esse material também é usado para revestimento antiaderente, especialmente em utensílios de cozinha e em vedações e rolamentos. Essa utilização se baseia em algumas propriedades importantes desse material, como segue.

  1. Sulfeto de polifenileno (PPS)

Esse material PPS é um termoplástico que tem estrutura semicristalina e apresenta as seguintes características importantes.

Essas características tornaram esse material adequado para ser utilizado em aplicações industriais. Esse material também é utilizado no setor elétrico e eletrônico na produção de caixas e conectores. Além disso, no setor automotivo, esse material é usado para fabricar componentes sob o capô. Ir para Moldagem por injeção de PPS para saber mais sobre esse material.

  1. Polímero de cristal líquido (LCP)

Esse material, também conhecido como LCP, encontra suas aplicações nas seguintes áreas.

Esse material tem as seguintes propriedades significativas que permitem que ele seja utilizado nas aplicações mencionadas acima.

  1. Poliéter-éter-cetona (PEEK)

Esse material também é termoplástico com estrutura semicristalina e também é chamado de PEEK. Esse material apresenta as seguintes características.

Levando em consideração as propriedades do PEEK mencionadas acima, ele é amplamente utilizado nas seguintes aplicações para a fabricação de componentes que exigem resistência a condições ambientais extremas e boa resistência mecânica. Ir para moldagem por injeção de plástico peek para saber mais.

  1. Polieterimida (PEI)

Esse material, também chamado de PEI, oferece as seguintes propriedades importantes.

As principais aplicações desse material abrangem os seguintes setores.

  1. Poliimidas (PI)

O material de ploimida, também chamado de PI, oferece as seguintes características.

Esse material é amplamente utilizado na indústria eletrônica, no setor aeroespacial e na indústria automotiva para as seguintes aplicações.

  1.  Fluoropolímeros (FPE)

Os materiais plásticos de alta temperatura que se enquadram nessa categoria mais ampla são os seguintes.

Esses polímeros tendem a apresentar certas qualidades descritas a seguir.

Esses materiais são utilizados principalmente nas seguintes aplicações.

  8. polifenilsulfona (PPSU)

O PPSU é uma peça plástica de engenharia termoplástica e de alta temperatura que foi descoberta na década de 1960. Sua densidade é de 1,24 g/cm2, a absorção de água é de 0,22%, a taxa de encolhimento é de 1,007 (0,7%), a temperatura de fusão é de 190 °C, a temperatura de distorção térmica é de 1,82 MPa a 174 °C e a temperatura de uso a longo prazo varia de -100 °C a +150 °C. Esse é um dos materiais plásticos de mais alta qualidade entre eles.

Processo de moldagem simples para material plástico PPSU

Pré-secagem: O PPSU precisa ser pré-seco antes do processamento para remover a umidade do material e evitar reações de hidrólise em altas temperaturas. A temperatura de secagem é de 90°C a 110°C, com um tempo de secagem de pelo menos 3 a 4 horas.

Pré-aquecimento: O PPSU precisa ser pré-aquecido antes da moldagem por injeção para melhorar a fluidez do material. A temperatura de pré-aquecimento geralmente fica entre 80 e 120 °C.

Injeção: injeção de PPSU no molde. A pressão e a velocidade da injeção precisam ser determinadas de acordo com o tipo e a espessura da parede do molde de injeção.

Resfriamento: Esse processo é praticamente igual ao de outras peças moldadas por injeção, mas o PPSU precisa de uma temperatura de molde mais alta do que o material ABS ou PC, portanto, normalmente o tempo de resfriamento será um pouco mais longo, mas isso depende da espessura da parede da peça moldada.

Ejeção: Quando o Moldagem por injeção de PPSU as peças tenham esfriado completamente na cavidade do molde, o molde se abre e o sistema ejetor ejeta a peça moldada para fora do molde.

Pós-processamento: algumas peças podem precisar de algum pós-fabricação, como usinagem, torneamento CNC, limpeza etc., dependendo dos requisitos do cliente.

Aplicação de peças de moldagem PPUS,

O PPUS é muito caro e normalmente é usado em aparelhos elétricos, eletrônicos, indústrias médicas, mamadeiras, instrumentos e departamentos aeroespaciais para peças resistentes ao calor, à corrosão, de alta resistência e peças de isolamento, filmes industriais etc.

A tabela abaixo contém alguns materiais de alta temperatura para sua referência. Se precisar de peças de moldagem de plástico de alta temperatura, entre em contato conosco.

Característica Testes ASTM PTFE PFA FEP ETFE PCTFE PVDF PEEK PPSU PPS
Ponto de fusão (Tem:C aproximado) 327 308 270 260 211 175 343 250 278
Temperatura máxima de uso contínuo (20000 horas，Valor teórico:℃ 260 260 200 150 120 150 260 180 240
Condutividade térmica C177(( W/cm-k).℃/cm) 0.25 0.25 0.25 0.24 0.21 0.13 0.66 0.45 0.5
Dureza (shore) Testador de dureza Shore D D50-D65 D60 D55 D70-D75 D80 D75-D85 D85 D85-95 D87-95
Resistência à tração (Mpa) D638 25-40 28-35 20-25 40-50 32-40 40-58 98 - 100 94-100 >150
Resistência à compressão (Mpa) D695/1% Distorção，25°C 5-6 5-6 5-6 11 9-12 13-14 25-35 95 27-134
Alongamento (%) D638 250-450 300-400 270-330 400-450 90-250 300-450 40-50 60-120 200
Resistência ao impacto (J/m) D256 160-170 sem quebra sem quebra sem quebra 135-145 1105 40-50 690 800
Proporção D792 2.13-2.22 2.12-2.27 2.12-2.27 1.70-1.86 2.10-2.14 1.76-1.78 1.26 - 1.32 1.32-1.5 1.32-1.5
Taxa de encolhimento (Valor teórico) 2%-5% 4% 3%-6% 3%-4% 1.5%-2% 1.40% 0.50% 0.50% 0.50%
Constante dielétrica D150/106HZ 2.1 2.1 2.1 2.6 2.4 6.43 3.2 3.94 3.5
Resistência à ruptura elétrica (MV/V) D149/tempo de disparo，3,2 mm 19 20 20-24 16 20-24 10 25 6.3 17
Resistência às intempéries excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente
Resistência a produtos químicos excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente excelente
Retardamento de chama, retardamento de chama (%) Concentração do índice de oxigênio limitante >95 >95 >95 >31 >95 >43 >95 >95 >95

Quais são os métodos de processamento de plásticos de alta temperatura?

Técnicas especiais são usadas para o processamento de plásticos de alta temperatura. Além disso, durante o processamento, é preciso garantir que as características dos plásticos de alta temperatura, inclusive a força mecânica e a resistência ao calor, permaneçam intactas durante toda a operação de fabricação.

Os métodos de processamento mais comuns e amplamente utilizados para plásticos de alta temperatura são os seguintes.

  1. Moldagem por compressão

Nesse processo, é preparada uma cavidade de molde aberta. Essa cavidade do molde é então aquecida e uma quantidade calculada de plástico é colocada dentro dela. Depois disso, o molde é fechado e uma pressão adequada é aplicada ao material. A aplicação dessa pressão comprime o material e ele é transformado na forma desejada. As peças de grande porte e com geometrias complexas são moldadas por esse método. Essas peças são difíceis de serem moldadas por outros processos de moldagem. Os materiais que são processados pelo método de moldagem por compressão incluem poliéter-éter-cetona, poliimidas e plásticos termofixos de alta temperatura. Os parâmetros a seguir precisam ser controlados para produzir um produto final uniforme e sem defeitos.

  1. Moldagem por injeção

Nesse método de processamento, primeiro é preparada uma cavidade de molde com o formato desejado. Em seguida, o material plástico na forma fundida é injetado na cavidade do molde. Essa injeção é realizada sob alta temperatura e pressão. Os plásticos de alta temperatura são mais comumente processados por meio de moldagem por injeção. Esse método de processamento é viável para itens de alto volume e formas complexas. Os materiais processados por meio de moldagem por injeção consistem em fluoropolímeros, sulfeto de polifenileno, polieteretercetona e polieterimida. Os parâmetros que precisam ser controlados para evitar deformações e obter estabilidade dimensional são os seguintes:

  1. Extrusão

Esse método utiliza o processo de extrusão para produzir o produto ou item desejado. Nessa técnica de processamento, é utilizada uma matriz permanente com o formato desejado. O material plástico na forma fundida é forçado a entrar na matriz por meio de força compressiva. Como resultado, é produzido um produto de seção transversal uniforme com perfil contínuo. Para evitar a degradação térmica, o controle da temperatura de extrusão é fundamental.

No processamento de extrusão de plásticos de alta temperatura, a qualidade do produto extrudado e o fluxo suave do material variam de material para material. Portanto, a geometria da matriz e o design dos parafusos são ajustados para obter a qualidade desejada. Os plásticos de alta temperatura mais comuns que são comumente processados pelo método de extrusão incluem compostos termoplásticos, fluoropolímeros, sulfeto de polifenileno e poliéter-éter-cetona. Os seguintes produtos são comumente produzidos por meio desse método de processamento.

  1.  Usinagem

Essa técnica de processamento envolve a utilização de várias máquinas e ferramentas para moldar os plásticos de alta temperatura. Nesse método, as máquinas mais usadas são as máquinas CNC, as fresadoras e os tornos. Esse tipo de processamento é aplicado a produtos ou itens que têm geometrias complicadas e são de baixo volume. Esse método exige ferramentas especiais e técnicas especializadas devido à resistência e à dureza do material. Verificar Usinagem CNC de PEEK para saber mais.

No entanto, todos os tipos de plásticos de alta temperatura podem ser usinados por meio dessa técnica. Durante o processo de usinagem de plásticos de alta temperatura, é gerada uma quantidade considerável de calor. Esse calor é crucial para desestabilizar a precisão dimensional do item e também propagar a degradação do material. Para eliminar os efeitos adversos desse calor, a lubrificação é realizada durante o processo de usinagem.

  1. Manufatura aditiva

Esse método de processamento é muito exclusivo em comparação com outros métodos de processamento. Nessa técnica, os plásticos de alta temperatura são utilizados na forma de filamentos ou pós. Esse pó é usado para produzir as peças camada por camada. Isso é feito com a adoção de técnicas de manufatura aditiva. Existem principalmente duas técnicas de manufatura aditiva, que são as seguintes.

Esse processo é viável para a produção de protótipos. Entretanto, também são produzidas peças com geometrias complexas. Esse método de processamento oferece o mínimo de desperdício de material. Há vários plásticos de alta temperatura que são compatíveis com o método de manufatura aditiva. Esses materiais incluem poliéter-éter-cetona e polieterimida. Esse método requer um controle muito preciso dos parâmetros do processo para atingir a precisão dimensional e as propriedades mecânicas exigidas. Além disso, é necessário um equipamento especial para esse método de processamento que possa lidar com materiais plásticos de alta temperatura.

Conclusão

A ciência dos materiais está alcançando novos horizontes e mostrando avanços devido aos plásticos de alta temperatura. Esses materiais oferecem propriedades muito exclusivas e especiais, incluindo resistência mecânica, estabilidade em temperaturas elevadas e resistência a produtos químicos, como ácidos, bases e solventes. Os materiais plásticos de alta temperatura possibilitaram a fabricação de peças de reposição e produtos de alto desempenho, que são fortes, leves e duráveis. Posteriormente, todos os setores e indústrias proeminentes passaram por uma revolução, incluindo os setores eletrônico, automotivo, médico e aeroespacial.

Os materiais plásticos convencionais não suportam altas temperaturas e sofrem degradação. Entretanto, os plásticos de alta temperatura são muito adequados para essas aplicações porque têm a propriedade proeminente de enfrentar temperaturas elevadas. Além disso, os plásticos de alta temperatura apresentam resistência à corrosão e a tensões mecânicas. Esses materiais proporcionam vida útil prolongada aos produtos e peças de reposição devido às suas características exclusivas, como resistência à fadiga, manutenção da estabilidade dimensional e isolamento elétrico sob condições operacionais extremas.

Alta temperatura plásticos estão se tornando mais importantes a cada dia, pois o setor industrial está exigindo alto desempenho de componentes e peças de reposição. O avanço da pesquisa e do desenvolvimento nos campos da ciência dos materiais e dos métodos de processamento está demonstrando que esses materiais podem ser utilizados para atender a requisitos mais elevados. Isso resultará em maior eficiência, sustentabilidade e segurança em vários setores.

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