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Os Especialistas de Torlon, PEEK e outros
Polímeros de Ultra Desempenho

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Seleção de materiais e processos para
Peças de plástico de alto desempenho

Cypress, Texas, Agosto de 2019

Este documento destina-se a ajudar designers e engenheiros da indústria de plásticos a selecionar processos e materiais que maximizem o desempenho de peças críticas para manutenção.

Na indústria de plásticos, há muita confusão sobre as diferenças relativas entre peças plásticas usinadas e moldadas. Isto é fácil de entender quando você olha para os valores nas fichas técnicas dos fabricantes de resinas e produtos semi-acabados. Não se distraia ou atrase com esta observação para desenvolver e produzir a melhor parte possível. Este mal-entendido pode conduzir a atrasos na produção, perdas de rendimento e/ou derrapagens orçamentais e, no pior dos casos, a falhas inesperadas.

Desenho da peça

Os seguintes elementos devem ser tidos em conta na concepção:

  1. Requisitos de desempenho
  2. Propriedades dimensionais
  3. O custo teórico

Os dois primeiros parecem óbvios, mas os custos teóricos são muitas vezes ignorados. "Não são todas as peças de plástico mais baratas do que uma alternativa metálica?" Não, não são. Muitos polímeros de alto desempenho excedem o custo de metais especiais, mesmo em termos de volume. A economia favorável comumente associada à conversão em plástico vem do maior rendimento do material e da redução nas etapas de fabricação associadas à moldagem por injeção de uma peça de plástico até o tamanho final, em vez de usiná-la a partir de uma forja, moldagem por injeção. ou forma padrão. No entanto, deve ser incluído no custo o capital necessário para um molde se as peças forem planejadas para moldagem por injeção. Esse custo precisa ser levado em conta no volume esperado ao longo da vida útil da peça



A usinagem de peças de produtos semi-acabados elimina a necessidade de moldes e faz um progresso considerável na entrega das primeiras peças. Além disso, oferece vantagens de desempenho e vantagens dimensionais através de uma maior precisão.

Seleção de materiais

Ao selecionar o plástico para uma nova peça, os requisitos ambientais e de aplicação da peça devem primeiro ser levados em conta. Temperatura, produtos químicos, luz solar e sua combinação com requisitos de aplicação como resistência ao desgaste, resistência mecânica, transparência, etc. devem ser levados em conta para reduzir o número de materiais possíveis a um número controlável para posterior exame. Uma aplicação aeroespacial que exija um equilíbrio entre resistência a altas temperaturas e resistência ao impacto de baixa temperatura de um componente estrutural pode levar um projetista ao Torlon PAI. Ou uma parte do poço de petróleo e gás que requer inércia química com vapor de alta temperatura pode levar um engenheiro a concordar com o PEEK como resina. Termoplásticos como PEI, PSU, PPSU, PPSU, PPSU, PPSU, PPSU, PPSU, Acetals, Policarbonato, Poliéster e até mesmo Nylons são frequentemente considerados para peças de alto desempenho. As respostas a algumas perguntas-chave podem geralmente limitar a lista a uma ou duas famílias de materiais.

  • - A minha peça é uma peça de rolamento e desgaste, ou uma peça estrutural?
  • - Qual é o intervalo de temperatura de funcionamento esperado?
  • - Existem requisitos de aparência (transparência, cor, etc.)?
  • - Que factores ambientais específicos devem ser tidos em conta?
  • - Quais são os requisitos mínimos de resistência?
  • - A resistência ao impacto e/ou a dureza são críticas?

Uma discussão com um profissional da indústria pode geralmente levá-lo apontado para algumas famílias de plástico com as respostas às perguntas acima.

Agora é que o processo de seleção de material pode se tornar complicado.

Cada família de materiais consiste em muitas grades e viscosidades que são mais importantes para o engenheiro durante o processo. Uma melhor compreensão da terminologia ajuda aqueles que concebem as peças e que muitas vezes são também responsáveis pela definição do material num desenho técnico. Por exemplo, a Solvay fornece mais de 8 tipos de Torlon e mais de 10 tipos diferentes de PEEK. Cada tipo tem uma composição ligeiramente diferente e algumas viscosidades diferentes (pesos moleculares). Alguns têm composições diferentes e outros têm viscosidades diferentes. Aditivos como fibras de vidro e de carbono, grafite, PTFE, óleos, ceras e minerais estão incluídos em cada uma das resinas de base acima referidas para melhorar certas propriedades como a resistência mecânica e/ou a resistência ao desgaste. Esta situação existe para todas as famílias de resinas, o que significa que muitas delas não o são.

Então, como escolho e quando devo escolher?

Necessidades de design

Máxima resistência e rigidez
Baixa fricção e máxima resistência ao desgaste
Isolamento térmico ou elétrico
Resistência à fadiga
Máxima resistência química
Estabilidade dimensional (baixo coeficiente de expansão)

Grades

Reforçados com fibra de vidro ou fibra de carbono
Grades de desgaste contendo PTFE e grafite
Não reforçado ou reforçado com fibras de vidro.
Não reforçado, nível de baixa tensão
Grades não reforçados
Grades reforçados com vidro ou carbono

Agora é o momento certo para fazer uma seleção de primeira grade, mas antes de especificá-la, você deve considerar o processo de seleção.

Seleção do processo

Em geral, a combinação do tamanho da peça acabada e do volume esperado mostra claramente que a moldagem por injeção ou usinagem é o processo correto.

Análise de Necessidades

Tamanho da peça grande
Peça de pequeno volume (<5,000/ano)
Usinagem difícil
Custos mais baixos para grandes quantidades.(>10000)
Máxima tenacidade / resistência ao impacto
Tolerâncias precisas sem ângulo de desmoldagem
Design ainda não concluído
Processo

Usinagem
Usinagem
Moldagem por injeção
Moldagem por injeção
Usinagem
Usinagem
Usinagem

Uma vez que seu processo seja conhecido, é hora de procurar aconselhamento de seus fornecedores. Embora muitos materiais estejam disponíveis como produtos semi-acabados, nem todos os plásticos estão disponíveis em todos os tamanhos. As peças extrudidas são quase sempre feitas de plásticos com o maior peso molecular. No entanto, muitos engenheiros indicarão no desenho um tipo de viscosidade baixo que é realmente destinado à moldagem por injeção. Isso quase sempre leva a problemas de fornecimento e/ou custos. Na nomenclatura Torlon, Torlon 4203L é o termo usado para descrever grades de viscosidade baixa (alto fluxo) para moldagem por injeção. Os tipos de viscosidade mais elevados utilizados no fabrico de produtos semi-acabados não têm a denominação "L". Muitos desenhos contêm uma referência ao Torlon 4203L, mas as peças são destinadas à usinagem. Sob o nome Victrex PEEK, os tipos 150 têm baixa viscosidade (maior vazão) e são projetados para moldagem por injeção de peças de paredes finas. 450 classes são mais adequadas para produtos semi-acabados extrudados e peças de paredes espessas. Às vezes, especificar um grau 150 na descrição do material de uma peça usinada impedirá que você siga o desenho. O mesmo problema existe para muitos outros materiais, incluindo acetal e nylon.

Muitas vezes é difícil encontrar classes reforçadas com fibra de vidro e carbono para grandes peças moldadas ou grandes produtos semi-acabados. Moldadores experientes examinam as secções transversais e a geometria geral da peça antes de decidirem qual o tipo de molde a utilizar. Muitas vezes há 2 ou 3 viscosidades à escolha. Lembre-se sempre que os graus de viscosidade baixos preenchem o molde rapidamente, mas o produto final é mais frágil. O equilíbrio entre as duas necessidades faz parte da escolha dos materiais.

A moldagem por injeção é uma forma muito rápida e eficiente de produzir peças plásticas, mas os custos iniciais de ferramental devem ser justificados. Hoje, os mexilhões variam de 10.000 a 100.000 euros ou mais. As qualidades reforçadas podem causar dificuldades devido à orientação das fibras, mas podem quase sempre ser superadas trabalhando em conjunto com o seu moldador, que tem anos de experiência na antecipação do fluxo do molde e na dependência direcional das propriedades mecânicas resultantes. As peças semi-acabadas extrudidas permitem um processo de usinagem muito robusto, o que permite obter a máxima rigidez e resistência orientando a peça com pouco ou nenhum esforço de usinagem ou NRE. A moldagem por compressão permite que as peças sejam fabricadas a partir de certos plásticos não fusíveis. PTFE, UHMW e quase todos os plásticos termofixos são exemplos de plásticos que são moldados apenas por compressão. Embora a resistência mecânica e a rigidez da maioria dos plásticos moldados por compressão sejam menores do que as de seus irmãos e irmãs, eles podem ser mais estáveis dimensionalmente durante a usinagem.

Como nem todos os produtos semi-acabados e dimensões são produzidos da mesma forma por todos os fabricantes, podem ocorrer diferentes propriedades de resistência e rigidez, mesmo com a mesma qualidade de material. Trabalhar de perto com o seu operador de máquina e o fabricante de produtos semi-acabados é a maneira mais confiável de garantir que suas peças sejam ideais e funcionem perfeitamente.

As fases de produção ao longo da vida de uma peça podem incluir usinagem e moldagem por injeção. Muitas peças são primeiramente produzidas por usinagem quando o volume é baixo e o design ainda é adaptável, e depois convertidas para moldagem por injeção uma vez que o design é estabelecido e o conceito comprovado. Os projetistas e engenheiros de compras devem ter experiência em todas as fases da produção ou, pelo menos, devem trabalhar com fornecedores que tenham uma vasta experiência no processamento de polímeros. Demasiadas vezes, os designers ficam frustrados com a conversão de peças usinadas em peças fundidas. Eles esperam que o desempenho permaneça o mesmo. Infelizmente, a orientação das fibras, a dureza das peças, as taxas de desgaste e a precisão são quase sempre diferentes. Mesmo a usinagem de um produto semi-acabado ou de uma peça moldada por injeção pode produzir características diferentes. Compreender estas diferenças no início do projeto ajudará a evitar surpresas desagradáveis em fases posteriores da produção.

Projetar com polímeros de alto desempenho quando o projeto de peças e processos é essencial para o desempenho do sistema requer experiência em todas as opções de processo consideradas. A combinação exclusiva de extrusão, moldagem por injeção e usinagem da Drake nos permite sempre escolher o melhor processo para uma peça específica, levando em conta tanto a economia quanto o desempenho.

Escolha seus processos e processadores cuidadosamente com o adágio: Não há maus processos… mas há processadores e engenheiros mal informados que não aprendem sobre requisitos funcionais e não mudam sua abordagem para selecionar materiais e processos com base nessas informações importantes.