Seleção de materiais plásticos

No cenário industrial em rápida evolução de hoje, os materiais plásticos tornaram-se um componente indispensável devido ao seu desempenho superior e ampla gama de aplicações. Eles não são apenas onipresentes na vida cotidiana, mas também desempenham um papel crucial em inúmeros campos, como indústrias de alta tecnologia, equipamentos médicos, fabricação automotiva, aeroespacial e muito mais. Com o contínuo avanço da ciência dos materiais, a variedade e o desempenho dos materiais plásticos estão sempre aumentando, apresentando aos engenheiros e designers mais opções e desafios. Como selecionar o material plástico mais adequado entre a miríade de opções para uma aplicação específica tornou-se uma questão complexa, mas crítica. Este artigo tem como objetivo fornecer um guia abrangente para ajudar os leitores a entender as propriedades básicas dos materiais plásticos, técnicas de processamento, requisitos de desempenho e como eles impactam o desempenho e o custo do produto final. Discutiremos as características químicas e físicas de vários materiais plásticos, analisaremos seu desempenho sob diferentes condições ambientais e de aplicação e ofereceremos conselhos práticos de seleção. Ao mergulhar no processo de seleção de materiais plásticos, esperamos auxiliar os leitores na tomada de decisões informadas durante a fase de design e desenvolvimento do produto, garantindo a confiabilidade, durabilidade e eficiência econômica dos produtos. Após esta prefação, embarcaremos em uma jornada pelo mundo dos materiais plásticos, explorando seus segredos e aprendendo a aplicar esse conhecimento ao design prático de produtos. Seja você um engenheiro experiente ou um novato no campo da ciência dos materiais, esperamos que este artigo forneça informações e inspiração valiosas. Vamos começar esta jornada juntos para desvendar os mistérios da seleção de materiais plásticos.

Até o momento, mais de dez mil tipos de resinas foram relatados, com milhares delas sendo produzidas industrialmente. A seleção de materiais plásticos envolve a escolha de uma variedade apropriada da vasta gama de tipos de resinas. À primeira vista, a multidão de variedades de plástico disponíveis pode ser esmagadora. No entanto, nem todos os tipos de resina foram amplamente aplicados. A seleção de materiais plásticos a que nos referimos não é arbitrária, mas é filtrada dentro dos tipos de resina comumente usados.

• Desempenho comparativo de vários materiais;
• Condições não adequadas para a seleção de plástico;
• Condições adequadas para a seleção de plástico.

1. Tensão mecânica nos produtos plásticos;
2. Propriedades elétricas dos produtos plásticos;
3. Requisitos de precisão dimensional dos produtos plásticos;
4. Requisitos de permeabilidade dos produtos plásticos;
5. Requisitos de transparência dos produtos plásticos;
6. Requisitos de aparência dos produtos plásticos.

1. Temperatura ambiente;
2. Umidade ambiente;
3. Meios de contato;
4. Luz, oxigênio e radiação no ambiente.

• Processabilidade dos plásticos;
• Custos de processamento dos plásticos;
• Resíduos gerados durante o processamento de plástico.

• Preço das matérias-primas plásticas;
• Vida útil dos produtos plásticos;
• Custos de manutenção dos produtos plásticos.

No processo de seleção real, algumas resinas têm propriedades muito semelhantes, tornando difícil a escolha. Qual escolher é mais apropriado requer consideração multifacetada e ponderação repetida antes que uma decisão possa ser tomada. Portanto, a seleção de materiais plásticos é uma tarefa muito complexa, e não há regras óbvias a seguir. Uma coisa a notar é que os dados de desempenho dos materiais plásticos citados de vários livros e publicações são medidos sob condições específicas, que podem diferir significativamente das condições reais de trabalho.

Ao se deparar com os desenhos de projeto de um produto a ser desenvolvido, a seleção do material deve seguir estas etapas:

• Primeiro, determine se o produto pode ser fabricado usando materiais plásticos;
• Segundo, se for determinado que os materiais plásticos podem ser usados para fabricação, então qual material plástico escolher se torna o próximo fator a ser considerado.

Os indicadores comumente usados são temperatura de deflexão ao calor, temperatura de resistência ao calor de Martin e ponto de amolecimento Vicat, sendo a temperatura de deflexão ao calor a mais comumente usada.

• Considere o nível de resistência ao calor:
  1. Atenda aos requisitos de resistência ao calor sem escolher muito alto, pois pode aumentar os custos;
  2. De preferência, use plásticos gerais modificados. Os plásticos resistentes ao calor pertencem principalmente a plásticos especiais, que são caros; os plásticos gerais são relativamente mais baratos;
  3. De preferência, use plásticos gerais com uma grande margem de modificação de resistência ao calor.
• Considere os fatores ambientais de resistência ao calor:
  1. Resistência ao calor instantânea e de longo prazo;
  2. Resistência ao calor seco e úmido;
  3. Resistência à corrosão média;
  4. Resistência ao calor sem oxigênio e oxigênio;
  5. Resistência ao calor carregada e descarregada.

A maioria dos enchimentos minerais inorgânicos, exceto os materiais orgânicos, pode melhorar significativamente a temperatura de resistência ao calor dos plásticos. Os enchimentos resistentes ao calor comuns incluem: carbonato de cálcio, talco, sílica, mica, argila calcinada, alumina e amianto. Quanto menor o tamanho da partícula do enchimento, melhor o efeito de modificação.

• Nano enchimentos:
  • PA6 preenchido com 5% de nanontmorilonita, a temperatura de deflexão ao calor pode ser elevada de 70°C para 150°C;
  • PA6 preenchido com 10% de nanomeerschaum, a temperatura de deflexão ao calor pode ser elevada de 70°C para 160°C;
  • PA6 preenchido com 5% de mica sintética, a temperatura de deflexão ao calor pode ser elevada de 70°C para 145°C.
• Enchimentos convencionais:
  • PBT preenchido com 30% de talco, a temperatura de deflexão ao calor pode ser elevada de 55°C para 150°C;
  • PBT preenchido com 30% de mica, a temperatura de deflexão ao calor pode ser elevada de 55°C para 162°C.

Melhorar a resistência ao calor dos plásticos por meio da modificação de reforço é ainda mais eficaz do que o preenchimento. As fibras resistentes ao calor comuns incluem principalmente: fibra de amianto, fibra de vidro, fibra de carbono, bigodes e poli.

• Resina cristalina reforçada com 30% de fibra de vidro para modificação de resistência ao calor:
  • A temperatura de deflexão ao calor do PBT é elevada de 66°C para 210°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PET é elevada de 98°C para 238°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PP é elevada de 102°C para 149°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do HDPE é elevada de 49°C para 127°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PA6 é elevada de 70°C para 215°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PA66 é elevada de 71°C para 255°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do POM é elevada de 110°C para 163°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PEEK é elevada de 230°C para 310°C.
• Resina amorfa reforçada com 30% de fibra de vidro para modificação de resistência ao calor:
  • A temperatura de deflexão ao calor do PS é elevada de 93°C para 104°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PC é elevada de 132°C para 143°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do AS é elevada de 90°C para 105°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do ABS é elevada de 83°C para 110°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do PSF é elevada de 174°C para 182°C;
  • A temperatura de deflexão ao calor do MPPO é elevada de 130°C para 155°C.

A mistura de plásticos para aumentar a resistência ao calor envolve a incorporação de resinas de alta resistência ao calor em resinas de baixa resistência ao calor, aumentando assim sua resistência ao calor. Embora a melhora na resistência ao calor não seja tão significativa quanto a obtida pela adição de modificadores de resistência ao calor, a vantagem é que ela não afeta significativamente as propriedades originais do material, ao mesmo tempo em que aumenta a resistência ao calor.

• ABS/PC: A temperatura de deflexão ao calor pode ser aumentada de 93°C para 125°C;
• ABS/PSF (20%): A temperatura de deflexão ao calor pode atingir 115°C;
• HDPE/PC (20%): O ponto de amolecimento Vicat pode ser aumentado de 124°C para 146°C;
• PP/CaCo3/EP: A temperatura de deflexão ao calor pode ser aumentada de 102°C para 150°C.

A reticulação de plásticos para melhorar a resistência ao calor é comumente usada em tubos e cabos resistentes ao calor.

• HDPE: Após o tratamento de reticulação com silano, sua temperatura de deflexão ao calor pode ser aumentada dos 70°C originais para 90-110°C;
• PVC: Após a reticulação, sua temperatura de deflexão ao calor pode ser aumentada dos 65°C originais para 105°C.

• Filme transparente: Embalagens usam PE, PP, PS, PVC e PET, etc., usos agrícolas PE, PVC e PET, etc.;
• Folhas e painéis transparentes: Use PP, PVC, PET, PMMA e PC, etc.;
• Tubos transparentes: Use PVC, PA, etc.;
• Garrafas transparentes: Use PVC, PET, PP, PS e PC, etc.

Usados principalmente como abajures, comumente usados PS, PS modificado, AS, PMMA e PC.

• Corpos de lentes duras: Use principalmente CR-39 e J.D;
• Lentes de contato: Use comumente HEMA.

• Vidro automotivo: Use comumente PMMA e PC;
• Vidro arquitetônico: Use comumente PVF e PET.

Comumente usado PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF e SI, etc.

A camada central usa PMMA ou PC, e a camada de revestimento é um polímero de fluoro-olefina, tipo metacrilato de metila fluorado.

Comumente usado PC e PMMA.

PMMA endurecido na superfície, FEP, EVA, EMA, PVB, etc.

• Carcaças de TV:
  • Tamanho pequeno: PP modificado;
  • Tamanho médio: PP modificado, HIPS, ABS e ligas PVC/ABS;
  • Tamanho grande: ABS.
• Revestimentos de portas e revestimentos internos de geladeira:
  • Comumente use placas HIPS, placas ABS e placas compostas HIPS/ABS;
  • Atualmente, o ABS é o material principal, apenas as geladeiras Haier usam HIPS modificado.
• Máquinas de lavar:
  • Baldes internos e tampas usam principalmente PP, uma pequena quantidade usa ligas PVC/ABS.
• Condicionadores de ar:
  • Use ABS reforçado, AS, PP.
• Ventiladores elétricos:
  • Use ABS, AS, GPPS.
• Aspiradores de pó:
  • Use ABS, HIPS, PP modificado.
• Ferro:
  • Não resistente ao calor: PP modificado;
  • Resistente ao calor: ABS, PC, PA, PBT, etc.
• Forno de micro-ondas e panela de arroz:
  • Não resistente ao calor: PP modificado e ABS;
  • Resistente ao calor: PES, PEEK, PPS, LCP, etc.
• Rádios, gravadores, gravadores de vídeo:
  • Use ABS, HIPS, etc.
• Telefones:
  • Use ABS, HIPS, PP modificado, PVC/ABS, etc.