artigo técnico pfte

8/3/2019 Artigo Tcnico PFTE

1/10

Comparativos entre diferentes folhas dePTFE para fabricao de juntas de

vedao suas vantagens,caractersticas e diferenasJos Antonio Almeida, Jos Carlos C. Veiga Teadit Indstria e Comrcio Ltda.

ResumoPara manter uma boa vedao, os materiais de juntas

devem ter estabilidade dimensional e resistncia tempe-

ratura, presso e ao fluido a ser vedado.Os materiais con-

vencionais de juntas de PTFE possuem uma resistncia

qumica excepcional, mas carecem de estabilidade dimen-

sional. Sob presso e temperatura, os materiais convencio-

nais de PTFE apresentam fluncia e escoam. Aps um

curto perodo em servio, as juntas feitas de PTFE puro,

so incapazes de manter o torque em conseqncia ao fato

de perderem espessura devido ao relaxamento por flun-

cia. O re-aperto, com freqncia, necessrio para manter

a juno isenta de vazamentos. Vriasalternativas sousa-

das para reduzir esse problema. Nesse trabalho, vrias fo-

lhas de juntas de PTFE disponveis no mercado so

comparadas. Testes como o de ciclo trmico, reteno de

torque, relaxamento por fluncia e compressibilidade fo-ram realizados e os resultados foram analisados. A partir

dos resultados, mostrado que as Folhas Aditivadas de

PTFEReestruturado exibem o melhor equilbrio das pro-

priedades desejadas e melhor selabilidade.

IntroduoAs juntas de PTFE so usadasemaplicaes onde ne-

cessria uma elevada resistncia qumica. O PTFE possui

propriedades fsicas distintas para atender s necessidades

de cada aplicao. Como em qualquer material para a ve-

dao de fluidos, existe uma superposio. Vrios materi-

ais podem ser usados de maneira bem sucedida em uma

mesma aplicao. Nesse trabalho, vrios tipos de juntas de

PTFE disponveis no mercado so comparados. Testes os

quais incluram ciclo temperatura, reteno de torque, re-

laxamento por fluncia e compressibilidade foram realiza-

dos e os seus resultados foram analisados.

Folhas de PTFE MoldadasAs folhas de PTFE Moldadas foram os primeiros

produtos introduzidos no mercado. Fabricadas a partir

de resinas de PTFE virgens ou reprocessadas, sem aditi-

vos, as quais somoldadas, ento comprimidas e sinteri-

zadas. Como ocorre com qualquer produto plstico, o

PTFE exibe uma caracterstica de fluncia quando

submetido a uma fora de compresso. Essa caracters-

tica muito negativa para o desempenho da junta, umavez que ela exige um re-aperto freqente com o objetivo

de evitar ou de reduzir vazamentos. O comportamento

de fluncia (escoamento) aumentado drasticamente

com um aumento na temperatura. As principais vanta-

gens do PTFE moldado so o baixo custo e a ampla dis-

ponibilidade no mercado, quando no havia opes

mais nobres.

1. Folha de PTFE UsinadaO PTFE Usinado (sPTFE - Skived PTFE) fabrica-

do a partir de resinas de PTFE virgens ou reprocessadassem aditivos ou cargas, pela usinagem (por decapagem)

de um tarugo de PTFE sinterizado. Esse processo foi de-

senvolvido para superar as deficincias de fabricao do

Processo Moldado. Contudo, os seus produtos possuem

os mesmos problemas de comportamento de fluncia.

Exibido na Figura 1 (com ampliao de 100 vezes).

2. Folha de PTFE Moldado ou Usinado, com CargaA fim de reduzir o comportamento de fluncia de

materiais em folhas de PTFE Moldados ou Usinados,

enchimentos (cargas) minerais so adicionados. Contu-

do, devido ao processo de fabricao (moldagem ou usi-

nagem) essa reduo no suficiente para produzir uma

vedao efetiva a longo prazo. A Figura2 exibe a micro-

estrutura de uma folha de PTFE Usinado com Carga

com uma ampliao de 100 vezes. So visveis as part-

culas de carga de slica na matriz de PTFE.

PTFE Expandido ( Quimflex)Antes de sinterizar, uma expanso a quente do PTFE

confere a este a habilidade de superar a fluncia. Podem

Junho de 2004

Artigo TcnicoArtigo Tcnico

78


2/10

ser obtidos produtos de juntas expandidos unidirecio-

nalmente (fios ou fitas) ou bidirecionalmente (folhas).

A Figura 3 exibe uma estrutura de PTFE unidirecional e

a Figura 4 exibe uma estrutura orientada bidirecional. O

PTFE Expandido (ePTFE - Expanded PTFE) possui

alta resistncia qumica e exibe uma compressibilidade

muito elevada, ideal para o uso com flanges frgeis ou

com revestimento de vidro. A maioria dos produtos de

PTFE Expandido existentes no mercado no possui car-

ga. Uma desvantagem est no manuseio e na instalao

de juntas de grandes dimenses, ou a instalao em lo-

cais onde no possvel separar os flanges. Elas so usa-

das freqentemente como um substituto para as folhas

de PTFE aditivadas e reestruturadas com Micro-Esferas

Ocas de Vidro (Figura 5), com a vantagem de apresenta-

rem uma maior resistncia qumica j que as Mi-

cro-Esferas de Vidro so atacadas por Soda Custica.

No caso onde as juntas so instaladas em uma tubulao

longa com vrios flanges em srie, podem ocorrer problemas na instalao devido espessura reduzida da

junta aps o assentamento. O comprimento total da tu-

bulao pode no ser suficiente para compensar.

3. Folha de PTFE Aditivado e ReestruturadoPara reduzir a fluncia, um novo processo de fabri-

cao foi desenvolvido para produzir folhas de PTFE. O

material submetido a um processo de laminao antes

da sinterizao, criando uma estrutura altamente fibrila-

da. O escoamento, tanto temperatura ambiente como a

temperaturas elevadas, reduzido substancialmente.

Para atender s necessidades do servio qumico, vrios

aditivos minerais ou artificiais so usados, tais como a

Barita, Slica Mineral e Sinttica, Sulfato de Brio ou

Micro-Esferas Ocas de Vidro. Cada enchimento possui

um servio de aplicao especfico, mas pode haver su-

perposio em muitas dessas aplicaes. Esse processo

conhecido como rPTFE. A Figura5 mostrarPTFE adi-

tivado com micro-esferas ocas de vidro, com uma am-

pliao de 100 vezes. As micro-esferas podem ser vistas

claramente inseridas na matriz de PTFE fibrilada. A Fi-

gura 6 mostra um rPTFE aditivado com Barita com uma

ampliao de 100 vezes, e a Figura 7 mostra o mesmoproduto, porm com uma ampliao de 500 vezes. A Fi-

gura 8 mostra um gro de Slica inserido na estrutura fi-

brilada de PTFE com uma ampliao de 100 vezes.

4. Testes RealizadosVrios testes foram realizados para avaliar as propri-

edades de cada um dos materiais. Os materiais testados

soidentificados ao longo deste trabalho conforme indi-

cado a seguir:

Primeiro dgito: P indica uma folha de PTFE

Segundo dgito: tipo da folha

R - PTFE reestruturado com aditivo

F usinado e com carga

V virgem e usinado

Terceiro dgito: tipo do enchimento.

B: barita

S: slica

G: micro-esferas ocas de vidro

F: fibra de vidro

Quarto e quinto dgitos: fabricante

Exemplos:

PRB11 folha reestruturada com barita, fabricante 11.

PFG19 folha reforada com micro-esferas de vidro, fabri-

cante 19.

7.1 Ciclagem TrmicaTodos os testes de ciclagem trmica foram conduzidos

usando flanges padro ASME B16.5. Aps a instalao da

junta, inicia-se o aquecimento.Quando a temperaturaatinge

250C (482F), o sistema pressurizado com Nitrognio.

Aps a estabilizao da temperatura, o aquecimento desli-

gado at que a temperatura atinja 28C (82,4F), quando ele

novamente ligado. Esse ciclo repetido 3 vezes. A queda

de presso monitorada e registrada. AsFiguras9 e 10mos-

tram a comparao entre sPTFE e rPTFE preenchidos com

esferas ocas de vidro. Devido ao maior relaxamento por

fluncia, a junta de sPTFE perdeu aproximadamente 63%

da presso inicial de N2. Por outro lado, a junta de rPTFE

perdeu menos do que 1%. A Figura 10 mostra a reduo noaperto da junta do material usinado (PGV) em comparao

com o rPTFE (PRG1). Essa reduo a causa da maior taxa

de vazamento para o produto PVG.

7.2 Deformao sob PressoDiferentes de juntas so comprimidos entre duas

placas lisas pr-aquecidas durante um minuto. A Figura

11 mostrafotografiasdas juntas aps o teste. A tempera-

turade260oC (500oF) a presso najunta de10 MPa

(1500 psi). A junta de PTFE usinado se deforma perden-

do sua estabilidade dimensional. Esse teste muito sim-

ples mostra, claramente, a maior resistncia fluncia

(ou escoamento) do rPTFE em comparao ao sPTFE

7.3 Aperto a QuenteEsse teste conduzido usando o procedimento DIN

28090-2. O aparelho de testes est mostrado na Figura

43. Para produtos de PTFE, o mdulo de compresso

temperatura ambiente (eksw) e temperatura elevada

(ewsw/t) no devem exceder 20% e 50% respectiva-

mente. Um teste a quente conduzido a 150C (302F)

Junho de 2004 79


79


3/10

durante 16 horas. As Figuras 12 a 15 mostram o compor-

tamento temperatura ambiente e as Figuras 16 a 19 a

quente. A Figura 20 mostra os valores mdios tempe-

ratura ambiente, enquanto a Figura 21 mostra quente.

Os produtos aditivados com micro-esferas ocas de vidro

exibemmaior compressibilidade do queos demais. Esse

material est projetado para flanges frgeis onde essa

caracterstica necessria para garantir um assentamen-

to correto no flange. A estrutura menos densa desse pro-

duto tambm pode ser vista na Figura 5. Comparando o

sPTFE com o rPTFE: o primeiro possui maior compres-

sibilidade. A 150C (302F), a fluncia para o sPTFE

de aproximadamente 50%, esse valor muito elevado

comparado com os resultados para o rPTFE. Esse teste

confirma as concluses do teste de Ciclagem Trmica

que foi descrito anteriormente nesse trabalho. Tambm

pode ser observadoque o aditivo de Slica oferece a me-

lhor resistncia fluncia a temperatura mais alta.

7.4 Relaxamento sob Elevada PressoEsse teste segue o procedimentoDIN52913. O aparelho

de testes est mostrado na Figura 44. O material de teste

instalado com um torque de 50 MPa (7251 psi) e a tempera-

tura elevada para 150C (302F).Aps 16 horas, a presso

remanescente na junta medida. As Figuras 22 a 25 mos-

tram os resultadospara o rPTFE.A Figura 26 mostraa com-

parao dos valores mdios para o sPTFE e o rPTFE. Pode

ser observado que os diversos produtos base de rPTFE

possuem um comportamento semelhante para cada tipo de

aditivo, e eles exibem perda de aperto significativamente

menor do que os produtos base de sPTFE.

7.5 Selabilidade ASTMUsando o procedimento ASTM F37 B, a amostra de tes-

tes esmagadacom 7 MPa (1000 psi) e testada com iso-octa-

no a 0,7 bar (9,8 psi). O aparelho de testes est mostrado na

Figura46.Os resultados estomostradosnasFiguras 27a 31.

Independente do enchimento, os produtos base de rPTFE

possuem uma maior selabilidade do que os de sPTFE. O

rPTFE aditivado com Barita exibiu os melhores resultados.

7.6 Compressibilidade e RecuperaoEsse teste segue o procedimento ASTM F36. A com-

pressibilidade consistena reduode espessura quando uma

presso de esmagamentode 14,5 MPa (5000psi) aplicada

sobre o material. A recuperao consiste em quanto ele re-

cupera a espessura quando a carga removida. Ambas so

expressas como uma porcentagem da espessura inicial. As

Figuras 32 a 37 mostram os resultados dos testes. Os grfi-

cosmostramqueos materiais podem ser classificados como

sendo de alta ou de baixa compressibilidade. Se o aditivo

so micro-esferas ocas de vidro, no importa se o PTFE

usinada ou reestruturada, a compressibilidade e a recupera-

o da junta so elevadas. Para outros aditivos, a compressi-

bilidade menor e a recuperao elevada,se consideradas

como uma porcentagem. Contudo, se analisadas como um

valor absoluto, elas so muito baixas. Considerando os va-

lores mdios, tanto o sPTFE como o rPTFE possuem um

comportamento semelhante.

7.7 Selabilidade DINEsse teste segue o procedimento DIN 3535 parte 4.

Essa norma usada para qualificar Juntas para o uso em

vlvulas, acessrios e tubulaes de gs. A uma presso

de 32 MPa (4641 psi) aplicada de esmagamento na

junta e a taxa de vazamento medida com Nitrognio a

40 bar (580 psi). Para se qualificar a essa aplicao, a

taxa de vazamento deve ser inferior a 0,1mg/sec.m. O

aparelho de testes est mostrado na Figura 45. Todos os

produtos base de rPTFE exibem umataxa de vazamen-to que os qualifica para esse servio. Por outro lado, os

produtos usinados/moldados podem no se qualificar,

como est mostrada nas Figuras 38 a 42.

5. Microscopia Eletrnica de Varredura (SEM -Scanning Electron Microscope)

Para examinar a morfologia por meio da anlise de

SEM, as amostras foram fraturadas e revestidas com ouro.

As Figuras 47 a 51 exibem duas morfologias diferentes; O

PTFE Usinado Virgem ou com carga exibe fibrilas finas

(Figuras 47 e 48), enquanto o PTFE Reestruturado (Figu-

ras 49 a 51)exibem fibrilas maiores, alm das fibrilas mais

finas. Essa diferena na morfologia explica as melhores

propriedades mecnicas das folhas de rPTFE.

6. ConclusesAs fibrilaes da matriz de PTFE durante os proces-

sos de fabricao, juntamente com os aditivos, aumen-

tam as propriedades mecnicas, especialmente a

temperaturas mais elevadas, superando a propriedade

mais indesejvel das juntas base de PTFE, que o rela-

xamento por fluncia em temperaturas elevadas.

Foi mostrado que diferentes enchimentos atendems demandas da aplicao, tais como alta compressibili-

dade para flanges frgeis ou elevada resistncia mecni-

ca para presses mais altas.

Os resultados dos testes descritos ao longo de todo

esse trabalho mostram claramente o melhor desempe-

nho das folhas de juntas de PTFE aditivado e reestrutu-

rado para a manuteno de boa vedao, quando

comparados tanto com produtos usinados com carga e

sem carga.

Junho de 200480


80


4/10

Junho de 2004 81


Figura 1 Figura 2 Figura 3

Figura 4 Figura 5 Figura 6

Figura 8Figura 7

Figura 9 Figura 10


5/10

Junho de 200482


Figura 11

rPTFE sPTFE

Figura 12

Figura 13 Figura 14

Figura 15 Figura 16

Figura 17 Figura 18


6/10

Junho de 2004 83


Figura 19 Figura 20

Figura 21 Figura 22

Figura 26Figura 25

Figura 24Figura 23


7/10

Junho de 200484


Figura 27 Figura 28

Figura 29 Figura 30

Figura 34Figura 33

Figura 32Figura 31


8/10

Junho de 2004 85


Figura 35 Figura 36

Figura 37 Figura 38

Figura 42Figura 41

Figura 40Figura 39


9/10

Junho de 200486


Figura 43 Figura 44 Figura 46Figura 45


10/10

Junho de 2004 87


artigo técnico pfte

Documents