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Guia de Seleção de Material

Plásticos vem sendo cada vez mais usados para substituir materiais tradicionais como bronze, aço inoxidável, alumínio e cerâmicas. Os principais motivos para a substituição pelos plásticos são:

  • Maior durabilidade
  • Eliminação de lubrificação
  • Redução do atrito em peças engrenadas
  • Operações e ciclos mais rápidos
  • Menor consumo de energia
  • Resistência à corrosão e inércia química

COM TANTOS MATERIAIS PLÁSTICOS DISPONÍVEIS NO MERCADO ATUALMENTE, SELECIONAR O MELHOR DELES PODE SE TRANSFORMAR EM UMA TAREFA TEMERÁRIA. AQUI ESTÃO ALGUMAS ORIENTAÇÕES PARA AJUDAR AQUELES INTERESSADOS QUE SÃO MENOS FAMILIARIZADOS COM OS PLÁSTICOS.

Determine se o componente é:

  • Bucha ou engrenagem (sujeitas a forças de fricção) ou
  • Estrutural (aplicação estática or dinâmica)

Ao determinar a função primária do componente acabado, é possível definir um grupo especifico de materiais. Por exemplo, materiais cristalinos (como nylon e acetal) superam os materiais amorfos (como polisufona Duratron ®, PEI ou policarbonato) em aplicações como buchas e engrenagens. Dentro dos possíveis grupos de materiais, é possível reduzir o leque de escolhas ao conhecer quais aditivos são mais adequados para a aplicação de interesse.

Propriedades de engrenagem e fricção são melhoradas pelo MoS2, grafite, fibra de carbono e polímeros com propriedades lubrificantes (como PTFE e graxas).

Propriedades Estruturais são melhoradas por fibras de vidro e carbono.

Uma vez que seja determinada a natureza da aplicação (engrenagem ou estrutural) existe a possibilidade de reduzir seu leque de escolha de materiais pela definição dos requisitos de propriedades mecânicas da aplicação. Para buchas e engrenagens, o primeiro fator de desempenho a ser considerado pode ser expresso em PV e fator “k”. Calcule o PV exigido – pressão em psi X velocidade em fpm. Usando a Figura 1, selecione os materiais que cujos PVs limites estejam acima do PV calculado e exigido pela aplicação. A seleção adicional pode ser feita pela observação do fator “k” dos materiais. Em geral, quanto mais baixo o valor do “k”, maior será a vida útil da peça.

Componentes estruturais são usualmente projetados e desenvolvidos para suportar condições máximas de operação continua similares a 25% do seu ponto de ruptura em uma temperatura determinada. Esse procedimento tem a intenção de compensar o comportamento visco-elástico dos plásticos que pode resultar em fissuras. Curvas isométricas de resistência mecânica versus tempo são aqui fornecidas para caracterizar o comportamento do material a temperatura ambiente (Figura 2) e a 300º F (Figura 3).

Considere os requisitos térmicos da aplicação adotando condições típicas e extremas.

A resistência ao calor de um material é caracterizada por 02 propriedades: HDT (Temperatura de Deflexão Térmica) e a temperatura continua de serviço. HDT é uma indicação da temperatura na qual o material começa a amolecer e é geralmente aceita como a máxima temperatura possível para componentes moderadamente a altamente orientados. A temperatura continua de serviço é geralmente reportada como a temperatura acima da qual ocorre significativa e permanente degradação das propriedades físicas do material após longo tempo de exposição. Essa definição não deve ser confundida com as temperaturas de operação continua ou uso continuo reportadas pelas agencias reguladoras como a UL (Underwriters Laboratories).
 
A temperatura de fusão de materiais cristalinos e a temperatura de transição vitrea dos materiais amorfos são temperaturas limites para uso ou operação em curtos períodos de tempo, nas quais a estabilidade dimensional dos materiais é preservada. Para a maioria dos materiais de engenharia, deve ser evitado o uso de componentes em temperaturas próximas ou acima do ponto de fusão ou da temperatura de transição vítrea. 

Considere os agentes químicos aos quais o material será exposto durante uso, operação e limpeza/manutenção.

A Quadrant fornece informações sobre a compatibilidade química de seus materiais e produtos como um guia básico e inicial pois algumas vezes torna-se difícil prever concentrações, temperaturas, tempos e orientação na moldagem do componente, fatores que tem papéis relevantes na definição de adequabilidade ao uso. Nylon, acetal e Ertalyte® PET-P são geralmente adequados para uso em ambientes industriais. Materiais cristalinos de alto desempenho como Fluorosint® reforçado PTFE, Techtron® PPS e Ketron™ PEEK são mais adequados para uso em ambientes quimicamente agressivos (veja Figura 5). Nossa forte recomendação é no sentido de que os componentes sejam pré-testados nas condições de uso final. Informações sobre resistência a agentes químicos específicos podem ser encontradas na tabela de comparação de propriedades.

Antes de explorar as fases 5-7 é apropriado considerar características adicionais dos materiais incluindo:

  • Resistência ao impacto
  • Estabilidade dimensional
  • Atendimento às normas regulatórias

Materiais com propriedades mais elevadas de alongamento na tração e resistência ao impacto Izod são geralmente mais tenazes e menos sensíveis a entalhes e fissuras em aplicações que envolvam cargas de choque e impacto (veja Tab. 1).

Comparações – Propriedades Mecânicas
 Resistência
à Tração
psi
Resistência
à Compressão
psi
Módulo
de Flexão
psi
Alongamento
%
Impacto
Izod
(73°F)
Absorção
de Agua
(24hr.)
Nylatron® NSM Nylon11,00014,000475,000200.50.25
Acetron® GP Acetal9,50015,000400,000301.00.2
Ertalyte® PET-P12,40015,000490,000200.50.07
Quadrant PPSU11,00013,400345,000302.50.37
Duratron® U1000 PEI16,50022,000500,000800.50.25
Duratron® U2300 PEI17,00032,000900,00031.00.18
Fluorosint®500 PEI1,1004,000500,000100.90.10
Techtron® PPS13,50021,500575,000150.60.01
40% GF Ryton* PPS13,00024,0001,000,00021.00.02
Ketron® 1000 PEEK16,00020,000600,000201.00.10
Ketron GF30 PEEK18,00026,0001,000,00031.40.10
Duratron® T4203 PAI18,00030,000600,00052.00.33
Duratron® T4301 PAI12,00024,0001,000,00030.80.28
Duratron® T5530 PAI14,00027,000900,00030.70.30
Duratron® PI13,50019,000530,00030.60.62
Duratron®  PBI23,00050,000950,00030.50.40

TABELA 1

Plásticos de Engenharia podem sofrer contrações ou expansões lineares dependendo da temperatura que são 10 a 15 vezes mais elevadas do que as observadas em metais, incluindo aço. O coeficiente de expansão linear (CLTE) é usado para estimar a taxa de expansão dos materiais plásticos de engenharia e é reportado em função da temperatura e em valores médios. A Figura 6 mostra o comportamento dimensional dos plásticos de engenharia com a variação da temperatura.

O módulo de elasticidade e a absorção de água também contribuem para as alterações dimensionais dos materiais plásticos de engenharia. Umidade e contato com vapor d’água devem ser considerados nos cálculos dimensionais.

Agencias regulatórias governamentais, como ABNT, ANVISA, FDA, USDA, UL and ABS usualmente aprovam ou estabelecem normas e valores específicos para uso de materiais em segmentos industriais definidos.

Selecione o formato mais efetivo em custo para a peça.

A Quadrant oferece aos projetistas e designers o mais amplo leque de tamanhos e configurações para facilitar a escolha do formato mais econômico para a peça. Essas possibilidades podem reduzir os custos de fabricação do componente.

Considere as várias alternativas de processo da Quadrant:

Para:Escolha:
Comprimentos longos
Diâmetros pequenos

Cilindros, placas, fios, perfis,
barras tubulares, chapas
Extrusão
Formas longas
Formas de precisão

Configurações mais complexas
Fundição (Casting)
Peças pequenas em materiais de engenhariaMoldagem por compressão
Peças menores em materiais avançados de engenharia
Diâmetros reduzidos
Discos e peças complexas
Moldagem por injeção

Nota: Para vários processos os materiais escolhidos são os mesmos. A diferenciação será feita por análises adicionais de propriedades físicas que variam de processo a processo.

Exemplos:

  • Peças injetadas exibem as maiores anisotropias (variação de propriedades com a orientação).
  • Componentes extrudados exibem baixo comportamento anisotrópico.
  • Produtos moldados por compressão são isotópicos (propriedades independentes da orientação)

Determine a usinabilidade das opções de material:

O desempenho na usinagem pode ser também um critério de seleção de materiais plásticos de engenharia. Todos os materiais da Quadrant mostrados neste site são liberados de tensões para melhorar a performance na usinagem. Em geral, os tipos reforçados com fibras de vidro e de carbono são consideravelmente mais abrasivos para as ferramentas de usinagem e são mais sensíveis ao trincamento durante o processo de usinagem, quando comparados aos graus não reforçados. Por outro lado, os tipos reforçados são dimensionalmente mais estáveis durante a usinagem.

Devido a sua extrema dureza, materiais “imidizados” (por exemplo, Duratron® PAI, Duratron® PI e Duratron® PBI) podem ser problemáticos na sua fabricação (usinagem). Ferramentas de altíssima dureza feitas com diamante poli-cristalino devem ser usadas na usinagem desses materiais. A tabela de comparação de propriedades pode contribuir para a avaliação mais profunda das variáveis do processo de usinagem.

Assegure que as especificações foram atendidas. As propriedades mostradas neste site são válidas somente para os materiais produzidos pela Quadrant Engineering Plastic Products. Assegure que o material especificado e o adquirido são os mesmos. Tome medidas para não comprar materiais de qualidade inferior. Exija os certificados de qualidade e origem no momento da confirmação da ordem de compra.

Notas de Engenharia:

Todos os materiais tem limitações inerentes que devem ser consideradas quando do desenho das peças. Para tornar essas limitações bem claras, cada material listado neste site possui uma seção complementar com uma nota de engenharia que identifica esses atributos. Esperamos que nossa nota sobre os pontos fortes e fracos dos nossos materiais contribua para o processo de seleção de materiais plásticos de engenharia.

Para informações adicionais, favor contatar o Departamento de Assistência Técnica da Quadrant EPP.