avancos no processamento de polimeros

Avanos no Processamento porInjeo de Polmeros de EngenhariaSemi-Cristalinos.

Maio /08Polmeros de EngenhariaDupont do BrasilEng. Walter AtolinoEng. Augusto Dornelles Filho

5/15/2008 DUPONT CONFIDENTIAL

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Tpicos

Polimeros Amorfos x Semi-Cristalinos

Processamento ( foco em ciclo de moldagem )

Filmes ( Amorfos x Semi-Cristalinos )


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Estruturas dos Polmeros - Amorfos

Baixa Ordenao Cadeias Polmricas

solidificam de maneira desordenada

Temperatura de Transio Vtrea - Tg Incio de movimentao de segmentos da cadeia polimrica

nas regies amorfas:Abaixo da Tg molcula congelada (polmero quebradio)Acima da Tg movimento das cadeias (polmero amolece e flui)

Tg


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Estruturas dos Polmeros - Cristalinos

Alto grau de ordenao Cadeias Polimricas solidificam de maneira

ordenadaTemperatura de Fuso - Tm

Cadeias Polimricas na estrutura cristalinadesassociam-se ou se fundem (slido lquido)Semi-critalinos

Regies amorfas possuem Tg

TgTm

Tc


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Modulo vs. TemperaturaPolmeros Cristalinos e Amorfos

TemperaturaTemperatura

ModuloModulo

Alta Cristalinidade

Baixa CristalinidadeAmorfoAmorfo

RigidoRigido

TTggC

TgA

TmC


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0C-100C 100CTg

PTFE

PE

POM

PCl

PC

PS

PA 6/6Sat

PVC

Nylon 11

PA 6/6DAM

PP

"Rigido"Baixa resistncia fadigaAlta resistncia ao creepQuebradio

Abaixo da Tg

"Elastomrico"Boa resistncia fadigaMenor Resistncia ao creepTenaz

Acima da Tg


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Propriedades so Influenciadas por:

Estrutura Qumica

Cristalinidade / densidade *

Peso Molecular / distribuio do PM

Ramificaes

Modificadores / aditivos

Ligaes cruzadas

Foras Intermoleculares

* Afetadas pelas condies de moldagem


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Processamento de Polmeros Cristalinos e Amorfos

Caractersticas Comuns Multiplas tcnicas de processamento Aquecimento e refrigerao controlados Sensveis umidade

Caractersticas nicas

Cristalinos AmorfosContrao Alta BaixaFluxo Alto BaixoFaixa estreita de fuso Sim No

RegrasRegras de de moldagemmoldagem diferentesdiferentes sosousadasusadas parapara polpolmerosmeros amorfosamorfos e e cristalinoscristalinos


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Processamento de Polmeros Cristalinos e Amorfos

O polmero semi-cristalino apresenta contrao mais elevada durante a moldagem do que o polmero amorfo

Por que so necessrias condies de processamento

diferentes para moldar polmeroscristalinos e amorfos ?


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Moldagem de Polmeros Amorfos

Supercompactao o maior problema

Peas agarram no molde Peas trincam durante a ejeo Tenses internas

Condies de moldagem timas

Injetar usando alta presso A presso de recalque deve diminuir com o tempo (volume

constante)

Altas temperaturas de molde reduzem tenses internas


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Moldagem de Polmeros Cristalinos

Baixa compactao leva a:

Formao de rechupes e vazios Baixo peso da pea

Cristalizao incompleta leva a:

Empenamento Alta Contrao

Condies timas de moldagem

Injetar usando presso moderada Recalcar com a mesma presso Altas temperaturas de molde auxiliam

na cristalizao


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Moldagem Por Injeo

FluxoFormatoRefrigeraoCalorExtrao


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Manuseio do material Moagem

A quantidade mxima de modo depende do material e dos requerimentos da aplicao.

A performance das peas so mais afetadas pelaqualidade do material modo que pelo percentualutilizado.

Um sistema de separao, moagem e mistura emcircuito fechado ideal.


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Avanos no Processamento de Polmeros de Engenharia Semi-Cristalinos

Manuseio do materialRequisitos da mquinaMoldesCiclo de moldagem: Amorfos vs. CristalinosOutros Fatores


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Amorfo

Resfriamento

Injeo

Dosagem

Roscaparada

Abert.

Fecham.Extrao

Rec.

MATERIALSOB PRESSO

Cristalino

MATERIALSOB PRESSO

Resfriamento

Injeo

Rec.

Dosagem

Abert.

Fecham.Extrao

Segurana

Ciclo Amorfo x Cristalino


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Detalhes do ciclo

Tempo de preenchimento: determinado pelo aspecto superficial e propriedades desejadas

Tempo de recalque: compactao do material sob presso e compensao da contrao volumtrica


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Detalhes do ciclo (cont.)

Tempo de resfriamento: no necessrio para polmeros semi-cristalinos sendo somente o tempo de dosagem

Tempo de dosagem: deve ser determinado em funo da velocidade tangencial mxima

RPM ideal= VT x 60000( da rosca x 3,14)


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Velocidades Tangenciais

Material VT mx. (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 injeo Injeo na cavidade

Molde fechado resfriamentoDosagem

Extrao

Ciclo de Moldagem


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Tempo de recalque


21

Presso de Recalque e Desenho da Entrada


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Mdulo vs. TemperaturaAmorfo vs. Cristalino

Temperatura

Mdulo

Alta Cristalinidade

Baixa Cristalinidade Amorfo

Rigido

TgC

TgA

TmC


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Volume especfico 1 / Densidade

TgC Ta

TgA

TmC

D

e

n

s

i

d

a

d

e

,

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

V

o

l

u

m

e

e

s

p

e

c

f

i

c

o

,

c

c

/

g

Nylon 66

PC

Tm

Tg

Alterao de volume especfico vs. temperatura - PA66 e PC


25

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

V

o

l

u

m

e

e

s

p

e

c

f

i

c

o

,

c

c

/

g

PVT de Nylon 66 e PC


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Densidade vs. Volume especfico

Relao inversaDensidade = 1 / Volume especfico

Volume especfico = 1 / Densidade

Densidade importante para o peso da peaVolume especfico importante para as

condies de moldagem


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Diagramas PVT

Volume vs. temperatura a diferentes pressesFcil identificar

Tg

Tm

Fcil de visualizar Aumento de volume com temperatura

Diminuio de volume com presso

Materiais cristalinos apresentam aumento brusco de volume na fuso que inexistente nos amorfos

Alteraes de volume entre a temperatura ambiente e de proscesso so:

1015% amorfos2025% cristalinos


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VolumeEspecfico

Temperatura

P = 0

P = 100 MPa

Compression

Expanso trmica

Injection

Amolecimento

PVT Amorfos


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

V

i

s

c

o

s

i

t

y

(

P

a

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. Reduo da presso expanso

2. Reduo da temperatura contrao

3. Melhor resultado volume constante

VolumeEspecfico

Temperatura

3

12

0

PVT Amorfos - Resfriamento


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Tenses internas Deformao Ou stress cracking

Polmeros amorfos deformao ps-moldagem


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V

o

l

u

m

e

e

s

p

e

c

f

i

c

o

Temperatura

0

80 MPa

Durante a fuso(slido lquido)volume x 16%

Contrao de ~14%;Vazios formados devemser preenchidos commaterial fundido

Cristalizao sob pressoconstante

Cristalizao

Fuso

PVT Cristalino


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Molde frio Cristalizao pobre

Contrao ps moldagemcom tempo etemperatura

Deformao

Polmero Cristalino Deformao ps moldagem


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Tempo de residncia

TR mdio= x 2 xCurso real de dosagem 60Curso total de dosagem Tempo de ciclo

TR mdio ideal= 3 < TR < 10 minutos


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Principais Concluses (Ciclos)

Os polmeros amorfos e semi-cristalinos requerem ciclos de injeo com tratamento diferenciadoO recalque uma fase crtica na injeo de polmeros semi-cristalinosO uso do ciclo correto permite otimizar o tempo de processamento e reduzir perdas devido a pecas de m-qualidade


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Bibliografia

Catlogos Tcnicos da Dupont, elaborado pelo corpo de assistncia tcnica :ATC : Dupont American Technical Center ETC : Dupont European Technical Center


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Avanos no Processamento por Injeo de Polmeros de Engenharia Semi-Cristalinos.Maio /08Tpicos Estruturas dos Polmeros - AmorfosEstruturas dos Polmeros - CristalinosModulo vs. TemperaturaPolmeros Cristalinos e AmorfosPropriedades so Influenciadas por:Processamento de Polmeros Cristalinos e AmorfosProcessamento de Polmeros Cristalinos e AmorfosMoldagem de Polmeros AmorfosMoldagem de Polmeros CristalinosMoldagem Por InjeoManuseio do material MoagemAvanos no Processamento de Polmeros de Engenharia Semi-CristalinosCiclo Amorfo x CristalinoDetalhes do cicloDetalhes do ciclo (cont.)Velocidades TangenciaisCiclo de MoldagemTempo de recalquePresso de Recalque e Desenho da EntradaMdulo vs. TemperaturaAmorfo vs. CristalinoDensidade vs. TemperaturaAlterao de volume especfico vs. temperatura - PA66 e PCPVT de Nylon 66 e PCDensidade vs. Volume especficoDiagramas PVTPVT AmorfosReologia: Alta viscosidade x Baixa viscosidadePVT Amorfos - ResfriamentoPolmeros amorfos deformao ps-moldagemPVT CristalinoPolmero Cristalino Deformao ps moldagemTempo de residnciaPrincipais Concluses (Ciclos)Bibliografia

avancos no processamento de polimeros

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