Por que utilizar Compostos Termoplásticos Lubrificados Internamente?
A substituição de metais por plásticos na fabricação de peças submetidas ao desgaste por atrito apresenta as seguintes vantagens:
- Redução de peso
- Amortecimento de choques e vibrações
- Menor consumo de energia para a movimentação
- Resistência à abrasão
- Redução de ruído
- Liberdade na concepção e no projeto das peças
- Redução do custo de fabricação pelo aumento de produtividade obtido com o processo de moldagem
Por outro lado, algumas desvantagens e limitações também podem ser apontadas, em alguns casos:
- Menor resistência mecânica e térmica
- Menor dureza superficial
Para tirar proveito das vantagens enumeradas e, ao mesmo tempo, neutralizar as desvantagens e limitações do plástico, a PEPASA formula compostos, incorporando aditivos lubrificantes, reforços ou cargas diversas, assegurando excelente balanço de propriedades.
Sensíveis incrementos da resistência ao desgaste e ao atrito são obtidos com a utilização de PTFE, Silicone, Bissulfeto de Molibdênio e Grafite.
As propriedades mecânicas e térmicas são aumentadas com o emprego de reforços como a fibra de vidro e de carbono. Outras cargas e aditivos permitem a obtenção de compostos com propriedades ajustadas às condições de trabalho das peças móveis projetadas.
Como avaliar o desgaste e peças móveis em plásticos
Para determinar o desgaste e o atrito que ocorrem em superfícies móveis em contato, são utilizados aparelhos onde anéis do material a ser testado são colocados em contato com anéis de aço com 12 a 16 micro-polegadas de acabamento e dureza Rockwell “C” entre 18 e 22, submetidos a uma carga (F), girando a uma Velocidade (V).
0 anel de plástico possui um ressalto e a duração do teste varia em função do tempo (T) necessário para assegurar contato integral de 360 graus entre o anel metálico e a superfície do plástico a ser testado.
A velocidade (V) e a carga (F) utilizadas são registradas. A perda de peso resultante do desgaste sofrido é determinada em balança analítica onde são pesados os anéis de plástico antes e depois de submetidos ao desgaste. 0 volume desgastado (D) é calculado, em cm³, como segue:
- D =
- Perda de Peso (em gramas) (1)
- Densidade (em gramas/cm3)
Este volume é proporcional a carga (Força F) qual atua sobre a superfície multiplicada pelo espaço percorrido (E):
- D = F E (2)
Como o especo (E) é igual a Velocidade (V) multiplicada pelo tempo (T), tem-se:
- D = FVT(3)
O desgaste (D) é medido e calculado conforme a equação (1). A Força (F), a Velocidade (V) e o Tempo (T) são igualmente conhecidos durante a realização dos testes.
Para que a equação (3) se transforme em uma igualdade, torna-se necessária a introdução de um fator de.proporcionalidade “K”, obtendo-se:
- D = KFVT(4)
O fator K de proporcionalidade é um fator de desgaste qual varia com a natureza dos materiais plásticos e qual pode ser calculado pela fórmula seguinte, obtida a partir da equação (4):
- K =
- D
- FVT
Onde:
D = Volume de desgaste (em cm³)
F = Força aplicada (em kgf)
V =
D = Velocidade (em cm/min)
T = Tempo (em horas)
O fator de desgaste depende de diversas variáveis
- A natureza do material plástico
- Acabamento superficial da peça e sua dureza
- O projeto
- Fatores ambientais, como a temperatura, entre outros
Erros podem ser cometidos se as formulas forem empregadas sem levar em conta todos os fatores envolvidos. Mas a utilização do Fator “K”, como elemento de comparação entre materiais nas mesmas condições operacionais, auxilia bastante e de forma confiável no processo de seleção.
Informação sobre o uso de reforços em peças móveis de plástico
Fibra de Vidro
Vantagens
- Aumento de:
- Condutividade térmica
- Temperatura de deflexão
- Resistência ao Desgaste
- Resistência a fadiga e a fluência ("creep")
- Propriedades Mecânicas
Desvantagens
- Aumento de:
- Desgaste da superfície sobre a qual a peça móvel se desloca
- Coeficiente de atrito
Fibra de Carbono
Vantagens
- Aumenta substancialmente:
- Propriedade Mecânicas
- Resistência ao desgaste
- Resistência à fadiga e à fluência ('creep')
- Rigidez
- Condutividade Térmica
- Reduz:
- Coeficiente de atrito
- Desgaste da superfície de apoio e de deslizamento da peça móvel
- Resistividade elétrica (volumétrica e superficial), facilitando a dissipação de cargas estáticas geradas por atrito
Desvantagens
- Preço elevado em comparação com o da fibra de vidro
- Cor obrigatoriamente preta do material
Informações sobre a ação dos aditivos lubrificantes
PTFE
Vantagens
- Sensível aumento da resistência ao desgaste e ao atrito.
- Formação de um filme de alta lubricidade sobre a superfície de contato e apoio.
Desvantagens
- Redução de algumas propriedades mecânicas.
- Eficiência reduzida como lubrificante na fase de partida e em condições de alta velocidade.
Silicone
Vantagens
- Compatibilidade limitada com grande número de resinas com as quais forma ligas parciais, ao mesmo tempo em que migra para a superfície.
- Migração para superfície do composto, assegurando a formação continua de um filme de alta lubricidade o Confere excepcional resistência ao desgaste sob condições de partida e alta velocidade. (onde o PTFE não é tão eficiente quanto seria desejável)
Desvantagens
- Eliminação por migração, em intervalos de tempo não muito prolongados, em caso de dosagem incorreta.
PFTE / Silicone
Vantagens
- As do PTFE associadas com as do silicone dá lugar a materiais com excepcionais propriedades de resistência abrasão e baixos coeficientes de atrito, aumentando a eficiência em condições de partida e de alta velocidade
Bissulfeto de Molibdênio
Vantagens
- Redução do desgaste superficial
- Redução dos coeficientes de atrito
- Nucleação de resinas poliamídicas, alterando a configuração molecular gerando cristalinidade muito fina e regular.
- Alta cristalinidade na superfície das peças em Nylon, mesmo quando injetadas em moldes frios, garantindo a formação de uma camada externa altamente resistente a abrasão
Desvantagens
- Cor escura (cinza chumbo)
- Eficiência moderada em materiais cristalinos ou semi-cristalinos, com exceção do Nylon, no qual introduz melhoras substanciais.
- Eficiência praticamente nula em materiais amorfos.
Grafite
Vantagens
- Redução do desgaste superficial
- Redução dos coeficientes de atrito
- Excelente performance na lubrificação de resinas amorfas que operam submersas em água.
- Quando com cargas minerais em polímeros amorfos, aumenta a precisão dimensional e a resistência ao desgaste, especialmente em meios aquosos
Desvantagens
- Cor (cinza escuro)
- Pode afetar propriedades mecânicas se inadequadamente selecionado ou dosado.
Variações operacionais em função da superfície de contato
Plástico X Metal
Se a peça em plástico lubrificado se desloca sobre uma superfície metálica, o fator de desgaste variará de acordo com a natureza, a dureza e o acabamento superficial do metal.
Quanto maior a dureza do metal, menor o fator de desgaste.
Por outro lado, a rugosidade superficial do metal afeta sensivelmente o desgaste de peças plásticas lubrificadas com PTFE.
Uma rugosidade excessiva desgasta o plástico muito rapidamente, impedindo a formação do indispensável filme lubrificante superficial. Por outro lado, com a ausência de rugosidade (peça excessivamente lisa), não há o desgaste inicial que também é necessário para causar o afloramento do PTFE e a formação do filme lubrificante.
A rugosidade ideal se situa entre 12 e 18 RMS (micro polegadas), podendo ficar ligeiramente abaixo ou acima desses limites.
Plástico X Plásticos
Quando um plástico não lubrificado se movimenta em contato com o mesmo tipo de plástico, há um grande acréscimo do fator de desgaste. Somente em condições de baixas velocidades e pressões é aceitável o uso de resinas idênticas na moldagem de peças móveis em contato.
O fator de desgaste do Nylon x Nylon ou do Acetal x Acetal é, por exemplo, muito superior ao do Nylon x Acetal. A adição de reforços e lubrificantes permite o uso de resinas similares na moldagem de partes móveis em contato entre si.