avancos no processamento de polimeros
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“Avanços no Processamento porInjeção de Polímeros de EngenhariaSemi-Cristalinos.”
Maio /08Polímeros de EngenhariaDupont do BrasilEng. Walter AtolinoEng. Augusto Dornelles Filho
5/15/2008 DUPONT CONFIDENTIAL
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Tópicos
• Polimeros Amorfos x Semi-Cristalinos
• Processamento ( foco em ciclo de moldagem )
• Filmes ( Amorfos x Semi-Cristalinos )
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Estruturas dos Polímeros - Amorfos
Baixa Ordenação– Cadeias Políméricas
solidificam de maneira desordenada
Temperatura de Transição Vítrea - Tg
– Início de movimentação de segmentos da cadeia poliméricanas regiões amorfas:Abaixo da Tg – molécula “congelada” (polímero quebradiço)Acima da Tg – movimento das cadeias (polímero amolece e flui)
Tg
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Estruturas dos Polímeros - Cristalinos
Alto grau de ordenação– Cadeias Poliméricas solidificam de maneira
ordenadaTemperatura de Fusão - Tm
– Cadeias Poliméricas na estrutura cristalinadesassociam-se ou se fundem (sólido líquido)
Semi-critalinos– Regiões amorfas possuem Tg
Tg
Tm
Tc
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Modulo vs. TemperaturaPolímeros Cristalinos e Amorfos
TemperaturaTemperatura
ModuloModulo
Alta Cristalinidade
Baixa CristalinidadeAmorfoAmorfo
RigidoRigido
TTggC
TgA
TmC
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0°C-100°C 100°CTg
PTFE
PE
POM
PCl
PC
PS
PA 6/6Sat
PVC
Nylon 11
PA 6/6DAM
PP
"Rigido"Baixa resistência à fadigaAlta resistência ao “creep”Quebradiço
Abaixo da Tg
"Elastomérico"Boa resistência à fadigaMenor Resistência ao “creep”Tenaz
Acima da Tg
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Propriedades são Influenciadas por:
Estrutura Química
Cristalinidade / densidade *
Peso Molecular / distribuição do PM
Ramificações
Modificadores / aditivos
Ligações cruzadas
Forças Intermoleculares
* Afetadas pelas condições de moldagem
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Processamento de Polímeros Cristalinos e Amorfos
Características ComunsMultiplas técnicas de processamentoAquecimento e refrigeração controladosSensíveis à umidade
Características Únicas
Cristalinos AmorfosContração Alta BaixaFluxo Alto BaixoFaixa estreita de fusão Sim Não
RegrasRegras de de moldagemmoldagem diferentesdiferentes sãosãousadasusadas parapara polpolíímerosmeros amorfosamorfos e e cristalinoscristalinos
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Processamento de Polímeros Cristalinos e Amorfos
“O polímero semi-cristalino apresenta contração mais elevada durante a moldagem do que o polímero amorfo“
Por que são necessárias condições de processamento
diferentes para moldar polímeroscristalinos e amorfos ?
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Moldagem de Polímeros Amorfos
Supercompactação é o maior problema
Peças agarram no molde
Peças trincam durante a ejeção
Tensões internas
Condições de moldagem ótimas
Injetar usando alta pressão
A pressão de recalque deve diminuir com o tempo (volume constante)
Altas temperaturas de molde reduzem tensões internas
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Moldagem de Polímeros Cristalinos
Baixa compactação leva a:
Formação de rechupes e vazios
Baixo peso da peça
Cristalização incompleta leva a:
Empenamento
Alta Contração
Condições ótimas de moldagem
Injetar usando pressão moderada
Recalcar com a mesma pressão
Altas temperaturas de molde – auxiliamna cristalização
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Manuseio do material – Moagem
A quantidade máxima de moído depende do material e dos requerimentos da aplicação.
A performance das peças são mais afetadas pelaqualidade do material moído que pelo percentualutilizado.
Um sistema de separação, moagem e mistura emcircuito fechado é ideal.
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Avanços no Processamento de Polímeros de Engenharia Semi-Cristalinos
Manuseio do material
Requisitos da máquina
Moldes
Ciclo de moldagem: Amorfos vs. Cristalinos
Outros Fatores
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Amorfo
Resfriamento
Injeção
Dosagem
Roscaparada
Abert.
Fecham.Extração
Rec.
MATERIALSOB PRESSÃO
Cristalino
MATERIALSOB PRESSÃO
Resfriamento
Injeção
Rec.
Dosagem
Abert.
Fecham.Extração
Segurança
Ciclo – Amorfo x Cristalino
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Detalhes do ciclo
Tempo de preenchimento: determinado pelo aspecto superficial e propriedades desejadas
Tempo de recalque: compactação do material sob pressão e compensação da contração volumétrica
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Detalhes do ciclo (cont.)
Tempo de resfriamento: não é necessário para polímeros semi-cristalinos sendo somente o tempo de dosagem
Tempo de dosagem: deve ser determinado em função da velocidade tangencial máxima
RPM ideal= VT x 60000(Ø da rosca x 3,14)
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Velocidades Tangenciais
Material VT máx. (m/s)Delrin® 100P 0,2
Delrin® 100ST 0,15Delrin® 500P, 900P, 311DP 0,3Zytel® 101L
(ny 66) 0,4Zytel® 70G30
(ny 66 30% FV) 0,15
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Fundido para injeção Injeção na cavidade
Molde fechado – resfriamentoDosagem
Extração
Ciclo de Moldagem
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Módulo vs. TemperaturaAmorfo vs. Cristalino
Temperatura
Módulo
Alta Cristalinidade
Baixa Cristalinidade Amorfo
Rigido
TgC
TgA
TmC
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Volume específico é 1 / Densidade
TgC Ta
TgA
TmC
Dens
idade
, g /c
c
Amorfo
Cristalino
Temperature
Densidade vs. Temperatura
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50 100 150 200 250 300 3500
Temperatura, °C
1.10
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
Volum
e esp
ecífic
o, cc
/ g
Nylon 66
PC
Tm
Tg
Alteração de volume específico vs. temperatura - PA66 e PC
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50 100 150 200 250 300 3500
Temperatura, °C
1.10
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
Nylon 66
PC
P = 0
P = 100 MPa
P = 0
P = 100 MPa
Volum
e esp
ecífic
o, cc
/ gPVT de Nylon 66 e PC
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Densidade vs. Volume específico
Relação inversa
Densidade = 1 / Volume específico
Volume específico = 1 / Densidade
Densidade é importante para o peso da peça
Volume específico é importante para as condições de moldagem
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Diagramas PVT
Volume vs. temperatura a diferentes pressões
Fácil identificar
— Tg
— Tm
Fácil de visualizar— Aumento de volume com temperatura
— Diminuição de volume com pressão
— Materiais cristalinos apresentam aumento brusco de volume na fusão que é inexistente nos amorfos
— Alterações de volume entre a temperatura ambiente e de proscesso são:
10–15% amorfos20–25% cristalinos
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VolumeEspecífico
Temperatura
P = 0
P = 100 MPa
Compression
Expansão térmica
Injection
Amolecimento
PVT Amorfos
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29
0
200
400
600
800
1000
1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Shear Rate (1/s) thousands
Visc
osity
(Pa•
s)
Delrin® 100PDelrin® 900P
0.5 1.0 1.5 2.01 / Fill time
Reologia: Alta viscosidade x Baixa viscosidade
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1. Redução da pressãoexpansão
2. Redução da temperaturacontração
3. Melhor resultado –volume constante
VolumeEspecífico
Temperatura
3
12
0
PVT Amorfos - Resfriamento
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Tensões internas Deformação Ou stress cracking
Polímeros amorfos – deformação pós-moldagem
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Volum
e esp
ecífic
o
Temperatura
0
80 MPa
Durante a fusão(sólido líquido)volume x 16%
Contração de ~14%;Vazios formados devemser preenchidos commaterial fundidoCristalização sob pressãoconstante
Cristalização
Fusão
PVT Cristalino
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Molde frio Cristalização pobre
Contração pós moldagemcom tempo etemperatura
Deformação
Polímero Cristalino – Deformação pós moldagem
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Tempo de residência
TR médio= x 2 xCurso real de dosagem 60Curso total de dosagem Tempo de ciclo
TR médio ideal= 3 < TR < 10 minutos
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Principais Conclusões (Ciclos)
•Os polímeros amorfos e semi-cristalinos requerem ciclos de injeção com tratamento diferenciado•O recalque é uma fase crítica na injeção de polímeros semi-cristalinos•O uso do ciclo correto permite otimizar o tempo de processamento e reduzir perdas devido a pecas de má-qualidade
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Bibliografia
•Catálogos Técnicos da Dupont, elaborado pelo corpo de assistência técnica :ATC : Dupont American Technical Center ETC : Dupont European Technical Center