Eletrotécnica para Engenharia de Produção – (TE160)

Aula 09 – Materiais elétricos

PROF. DR . SEBA ST IÃO R I BE I RO JÚN I OR

Polímeros

As substancias através das quais o campo elétrico pode manifestar-se são

denominadas dielétricas.

Outras existem capazes de impedir a manifestação do campo elétrico, são as substancias não - dielétricas (materiais condutores).

Todas as substancias dielétricas possuem características isolantes, as não dielétricas são condutoras de eletricidade.

As substancias dielétricas ou, simplesmente, dielétricos, não se comportam do mesmo modo quando sujeitas a diferenças de potencial.

Dielétricos

ENCHIMENTO CENTRAL

ENCHIMENTO INTERNO

ENCHIMENTO AJUSTÁVEL

SUPERFÍCIE SEMICONDUTORA

CUNHA

AÇO SILÍCIO

LÂMINA SEMICONDUTORA

ISOLAMENTO EPOXI - MICA

Dielétricos

Dielétricos

Dielétricos

Dielétricos

Dielétricos

H2 H2 H2 H2 H2

H2 H2 H2 H2 H2

Representação do polietileno (PE)

Visão espacial da estrutura do PE

Polímeros poli = muitas; meros = partes

n(CH2=CH2) → (...-CH2-CH2-..)netileno PE (polietileno)monômero polímero

n pode variar de 2000 a 100000

Ex. (-CH2-CH2-)n polietileno

(-CH2-CH-)n PVC (policloreto de vinila)Cl

Polímeros

Polímeros termoplásticos

Quando aquecidos permitem que sejam moldados

Ex.: PVC, PE e PP

Polímeros termofixo

Apresentam rede tridimensional, que não permite o reprocessamento.

Ex.: XLPE, resina epóxi e borrachas vulcanizadas

Classificação dos Polímeros

Homopolímeros A-A-A-A-A

A-A-A-A-A-A-A-A-A

AAAA

AAAA

A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯

A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A ⎯ A

A A A

AA

A

AA

A

AA

A

AA

A

A

Ramificado

Linear

Entrecruzado

Classificação pela estrutura

Copolímeros

Taticidade

Industrialmente se classificam como:

• Elastômeros – propriedades elásticas acentuadas

• Plásticos – sólidos mais ou menos rígidos

• Fibras – grande resistência a tração mecânica, permitindo a fabricação de fios, ex.: nylon

• Plásticos compósitos ou reforçados • Plásticos expandidos• Polímeros condutores

Classificação dos Polímeros

Esquema do modelo de cadeias aleatoriamente emaranhadas

Modelo lamelar de cadeias

Amorfos Cristalinos

Morfologia

Diagrama ilustrando a estrutura tipo micela em franja de polímeros

semicristalino

Semicristalinos

Morfologia

LDPE

HDPE

LLDPE

XLPE

Tipos de polietileno

Morfologia

Extrusão

Injeção

Processamento

Vista do corte de espaçador mostrando material polimérico com pontos com ausências de carga e outros com excesso Imagem de espaçador onde

podem ser observados vazios no interior da peça

Processamento

Representação de uma linha básica de

recobrimento de cabos por extrusão.

Processamento

Processamento

Aditivos

Pigmentos

Pastificantes

Cargas

Antioxidantes

Estabilizadores da

radiação UV solar

Processamento

HDPE - Polietileno de alta densidade

XLPE - Polietileno entrecruzado

LDPE - Polietileno de baixa densidade

EPR - Borracha de etileno propileno

Resina epoxi

EVA -

Silicone

Polipropileno e outros

Materiais poliméricos mais usados no setor elétrico

Isolador

Espaçador Protetor de bucha

Dispositivos elétricos

Características dos cabos protegidos em uso na rede compacta

Camada de XLPE

Camada de HDPE

Material de bloqueio

Condutores em alumínio

Dispositivos elétricos

Características dos cabos isolados

Dispositivos elétricos

Comportamento de tensão-deformaçãopara material polimérico:

• Frágil curva A,

• Plástico curva B e

• Elastomérico curva C.

Propriedades mecânicas

Curva de tensão-deformação mostrando os alguns estágios da deformação do corpo-de-prova.

Propriedades mecânicas

Influencia da temperatura sobre a tensão-deformação característico do polimetilmetacrilato.

Propriedades mecânicas

Elongação à Ruptura

Tensão Máxima

Ten

são

Deformação

Ensaio Tração à ruptura Tensão máxima

Elongação à ruptura

Representação do corpo-

de-prova tipo gravataIlustração de uma curva tensão-

deformação (curvas x ) que pode ser

obtida nos ensaios de tração de polímeros.

Propriedades mecânicas

Propriedades mecânicas

Propriedades mecânicas

b

b

a a

(b)

(a)

Estágio inicial de um polímero semicristalino

orientado pelo processamento (extrusão).

a) Deformação longitudinal das cadeias de um polímero

semicristalino. Orientação de segmentos de blocos e

cadeias emaranhadas com uma tensão axial no estágio

de deformação final.

b) Deformação transversal das cadeias de um polímero

semicristalino. Neste estágio a deformação está limitada

pelo emaranhamento das cadeias.

Propriedades mecânicas

As propriedades e as características térmicas dos polímeros são tão importantes quanto as suas propriedades mecânicas.

Os polímeros são extremamente sensíveis às mudanças de temperatura.

As propriedades mecânicas, elétricas, químicas ou gerais dos polímeros não podem ser observadas sem o conhecimento da temperatura na qual tais valores foram obtidos.

Comportamento térmico

Análise Sigla Propriedade avaliada

Análise temogravimétrica TG Variação de massa em função da

temperatura.

Análise térmica

diferencial

DTA Mudança na quantidade de calor liberado ou

absorvido.

Calorimetria diferencial

de varredura

DSC Medida quantitativa das mudanças de

entalpia em função da temperatura e do

tempo.

Análise dinâmico

mecânica

DMA Variação do módulo dinâmico e/ou

amortecimento de uma substância sob uma

carga oscilatória em função da temperatura e

freqüência.

Técnicas de análise térmica.

Comportamento térmico

Comportamento térmico

Comportamento térmico

Tempo de indução oxidativa (OIT)

Comportamento térmico

Temperatura de fusão e oxidação

Curva calorimétrica mostrando a

temperatura de início de oxidação

(temperatura de oxidação)

Comportamento térmico

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

212

214

216

218

220

222

224

226

228

230

Te

mp

era

tura

de

oxid

açã

o (

oC

)

Profundidade (m)

Temperatura de

oxidação pelo

profundidade a partir

da superfície do laço.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

200

210

220

230

240

250

260

cabo A

cabo B

Te

mp

era

tura

de

oxid

ação

(oC

)

m

Perfil da degradação de

cabos, profundidade

observada a partir da

superfície dos cabos

Comportamento térmico

Interna

Externa

Amostragem

Corte longitudinal

Representação esquemática do corte das

amostras para avaliação do perfil de degradação

Comportamento térmico

100 200 300 400 500 600 700 800

0

20

40

60

80

100

Material

Orgânico

Atmosfera OxidanteAtmosfera Inerte

(Nitrogênio)

Teor de

negro de carbono

Pe

rda

de

Ma

ssa

(%

)

Temperatura (oC)

Teor de negro de carbono e cinzas

Comportamento térmico

R1 R2 R1 .

+ R2

.

.R + O2 O2R

.

RO2 + RH ROOH + R..

ROOH RO + HO..

(a)

(b)

(c)

(d)

(a) formação dos radicais livres, (b) reação do radical livre com O2, (c) formação do hidroperóxido

(d) decomposição do hidroperóxido.

CH2-CH2

n1

R1 =

e n2

CH2-CH2R2 =Onde:

Iniciadores da reação

•Radiação ultravioleta

•Temperatura

•Física (processamento)

•Outros

Reação de degradação

Espaçadores em Polipropileno

Reação de degradação

Grampo de ancoragem

Reação de degradação

Reação de degradação

Espaçador em HDPE

Reação de degradação

Cabo da rede protegida

Reação de degradação

• peso molecular;• ramificações e ligações cruzadas;• cristalinidade, incluindo morfologia cristalina;• copolimerização, incluindo tipo de copolímero;• blendas poliméricas;• orientação molecular;• reforços, cargas, plastificantes e outros aditivos.

Reação de degradação

Princípios básicos da conexão elétrica.

• Área de contato elétrico.

• Oxidação

• Corrosão

• Expansão térmica

• Desgaste por fricção – Fretting

• Formação de intermetálicos

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

área de contato esperada

área de contato obtido

contato de carregamento mecânico

contato quase metálico

contato elétrico

Conexão elétrica

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

Área de contato – antes de curto circuito Área de contato – após curto circuito

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

Esquema da formação dos spots em superfícies metálicas lisas e rugosas.

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

Efeito da rugosidade na resistência de constricção

Conexão elétrica

• Área de contato elétrico.

• Fretting

Esquema do início de espalhamento do fretting em contatos elétricos

Conexão elétrica

• Fretting

Exemplos do efeito dofretting na resistência decontato de um condutor dealumínio com diferentesmateriais de contato.

•Expansão térmica

Conexão elétrica

•Expansão térmica

Conexão elétrica

• Expansão térmica.

Efeito do thermoplastic ratcheting na integridade mecânica das conexões de alumínio

Conexão elétrica

Corrosão

Conexão elétrica

Formação de intermetálicos

Conexão elétrica

Conexão elétrica

Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.

• Material (liga) inadequado

• Material contendo defeitos de fabricação

• Corrosão

• Conexões com diferentes materiais/formas de fixação

Conexão elétrica

Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.

Material contendo defeitos de fabricação

Aumento: 50x

Conexão elétrica

Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.

Material (liga) inadequado

Aumento: 500x

Conexão elétrica

Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.

Corrosão (galvânica)

Conexão elétrica

Resultados de análises em conexões com sobreaquecimento retiradas de campo.

Conexões com diferentes materiais/formas de fixação

Conexão elétrica

REVISÃOM AT ER I A IS POL I M ÉR ICOS

PR I N CÍ P IOS BÁ S I COS DA CON EXÃO ELÉT R I CA