avancos no processamento de polimeros
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Avanos no Processamento porInjeo de Polmeros de EngenhariaSemi-Cristalinos.
Maio /08Polmeros de EngenhariaDupont do BrasilEng. Walter AtolinoEng. Augusto Dornelles Filho
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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
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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
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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
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
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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