Plásticos de engenharia

Graduação em Química (Faculdades Anhanguera, 2016)

Os plásticos de engenharia são materiais estáveis (por determinado período de uso) em aplicações que exigem resistência mecânica, térmica, à tração de ruptura, química e às intempéries. Possuem custo maior se comparado aos materiais conhecidos como commodities, por possuírem características e propriedades elevadas em relação a estes materiais.

Breve histórico

Os plásticos de Engenharia são utilizados pela humanidade há séculos, desde aproximadamente 1.000 a.C., quando os chineses utilizavam um verniz extraído de uma árvore chamada Rhus vernicflua como revestimento impermeável. Até a década de 50, este verniz foi muito utilizado em móveis, garantindo impermeabilidade e maior duração. Em 79 a.C., o âmbar foi descoberto na região do Mar Báltico, este material é proveniente de árvores fossilizadas, é uma resina termoplástica que pode ser moldada por compressão. Ao longo dos anos, foram utilizadas partes de animais, como chifres (Marfim, normalmente encontrado em chifres de elefantes) e cascos para moldagem de peças através da mistura de um elemento ligante junto a esses materiais moídos ou raspados, formando uma massa que era moldada por compressão. Em 800 d.C., a gutta-percha, uma resina natural proveniente de árvores da Malásia foi descoberta, e quase 8 séculos depois, em 1550, houve a primeira menção à borracha natural extraída de árvores nativas da América Central. Após 1600, foram-se feitas diversas descobertas e aplicações aos materiais recém descobertos, como podemos citar em 1835, a descoberta do cloreto de vinila (monômero do Policloreto de Vinila ou PVC), em 1838, a descoberta do nitrato de celulose, em 1839, a criação do processo de vulcanização da borracha natural por Charles Goodyear nos Estados Unidos, seguida pela aplicação do material para fabricação de pneu em 1845, inventado por Robert William Thompson. A partir de 1850, iniciou-se um período de grandes descobertas na área de polímeros, e também de diversos estudos de Química Orgânica, em 1858, Friedrich Kekulé e Archibald Couper demonstraram estudos relacionados às moléculas orgânicas e suas composições, em 1859, Butlerov descobre alguns polímeros à base de formaldeído, e em 1865, o acetato de celulose é descoberto, e em 1869 os irmãos Hyatt descobrem a celuloide, material utilizado na fabricação de bolas de bilhar, substituindo os matérias que utilizavam chifres (Marfim) com elementos ligantes. Em 1884 é descoberto o Rayon, que é um material composto por fibras produzidas a partir da celulose, e em 1887, Goodwin cria o filme fotográfico feito em celuloide.

Em 1900, Kipping descobre o Silicone, e em 1903, Stern & Topham descobrem a viscose, conhecida como a “Seda” artificial. Em 1908, Cross descobre o celofane, a partir da mistura de acetato de celulose, viscose e rayon. Em 1909, Baekeland patenteia a Baquelita nos Estados Unidos, e Staudinger desenvolve a borracha sintética conhecida como Isopreno.

A década de 20 foi marcada como a “Era de Ouro” nas descobertas de síntese e obtenção de materiais poliméricos, a partir da pesquisa fundamental feita por Staudinger na Alemanha, baseada em mecanismos de polimerização de moléculas orgânicas. Em 1922, Staudinger sintetiza a borracha e em 1926, inicia pesquisas relacionadas às macromoléculas que formam as estruturas dos polímeros. Em 1926 a primeira injetora comercial é patenteada na Alemanha e em 1937 iniciou-se a produção em larga escala do equipamento.

Em 1927, surge o Poli (metacrilato de metila) na Alemanha, desenvolvido por Rohm, e é iniciado o processo de plastificação de PVC, através de metodologia desenvolvida por Semon, nos Estados Unidos. Em 1931, Hansbeke desenvolve o neopreno, outro tipo de borracha sintética, que foi comercializado em 1932, pela DuPont nos Estados Unidos. Em 1933, os pesquisadores da ICI desenvolvem o Poli (metil metacrilato) PMMA, conhecido como acrílico, e nesse mesmo ano são injetados os primeiros artigos confeccionados nesse material.

Em 1934, Wallace Carothers da DuPont desenvolve o náilon em forma de fibra, que é pateteado em 1935, e em 1937, Carothers comete suicídio antes do lançamento oficial do material descoberto por ele que seria apresentado em 1938.Otto Bayer inicia desenvolvimento de poliuretanos em 1937. Em 1943, iniciaram-se estudos para utilização de fibras de vidro como reforço em materiais plásticos, e em 1948 surge o ABS (Acrilonitrila – butadieno – estireno). Em 1956, surge o Polioximetileno (POM), e em 1964, a GE lança o Poli (óxido de fenileno) conhecido comercialmente como PPO.

Em 1965, a DuPont inicia a produção de Polissulfonas, e Stephanie Kwolock desenvolve a fibra Kevlar (aramida). Em 1970, a Coca – Cola inicia os testes para fabricação de garrafas em material plástico, em substituição às garrafas de vidro. Em 1972, a ICI lança o Poli (étersulfona), na Inglaterra e em 1976, as primeiras garrafas feitas em PET são lançadas para a Pepsi – Cola.

Em 1977, a ICI produz o PEEK (poli – éter - cetona), e em 1981, a Monsanto produz o Santoprene um elastômero conhecido como borracha sintética.

A década de 90 iniciou um novo ciclo para os materiais plásticos, a “Era dos Biodegradáveis”, produzindo diversos materiais que se degradam no meio ambiente, normalmente compostas por materiais de fontes renováveis, como amido e plantas.

Os anos 2000 foram marcados pela conscientização sobre a necessidade de reciclar e reutilizar os materiais plásticos pós consumo, conscientização que segue até os dias de hoje, com a crescente de indústrias e novas tecnologias para a reciclagem de materiais plásticos.

Plásticos de Engenharia

O Plásticos de Engenharia são divididos em materiais de uso geral e de uso especial.

  • Uso geral: São materiais com propriedades superiores aos commodities, amplamente utilizados na indústria de transformação de plásticos em aplicações que requerem propriedades específicas superiores, como exemplo destes materiais podemos citar o Polietileno de altíssimo peso molecular (PEUAPM), as Poliamidas em geral (PA’s), o Poli (óxido de Metileno) (POM), Policarbonato (PC), Poli (óxido de fenileno) (PPO), Poli (tereftalato de etileno) (PET), Poli(tereftalato de butileno) (PBT), entre outros.
  • Uso especial: São materiais com propriedades específicas, que garantem aos materiais aplicabilidade de elevado desempenho, tais como, elevadas temperaturas, esterilização em autoclave, elevado atrito ou esforço mecânico, mudanças bruscas de temperatura, anti – aderência, etc. São exemplos destes materiais: Poli (tetra fluoro – etileno) (PTFE) – comercialmente conhecido como Teflon®, Polímeros Cristais – Líquidos (LCP), Poli imidas em geral (PI’s), Poli (amida imida) (PAI), Poli (éter-imida) (PEI), Poli (éter – cetona) (PEK), Poli (éter – éter – cetona) (PEEK), Polifenilsolfona (PPSU), Polisulfona (PSU), Polietersulfona (PES) e Poliftalamida (PPA).
Polímero (sigla) Polímero
ABS Acrilonitrila butadieno estireno
ABS/ PA Blenda ABS/ poliamida
ABS/PC Blenda ABS/ policarbonato
ABS/PVC Blenda ABS/ policloreto de vinila
Kevlar, Nomex, Conex, Technora Aramidas
PA 6, 6.6 Poliamida 6, 6.6
PC Policarbonato
PET Politereftalato de etileno
PETG Politereftalato de etileno glicol
POM Poliacetal
PPO Polióxido de fenileno
PPO/PA Blendas de PPO com poliamida
PPS Polissulfeto de felileno
SAN Estireno acrilonitrila
UHMWPE Polietileno de ultra alto peso molecular

Fonte: http://feiplar.com.br/materiais/pdf/engenharia.pdf

Aplicações dos Plásticos de Engenharia

As utilizações dos materiais de engenharia são imensuráveis, sendo aplicados nas áreas de medicina, automotiva, utilidades domésticas, indústria aeronáutica e aeroespacial, equipamentos agrícolas, construção civil, indústria eletroeletrônica, móveis, engenharia mecânica de precisão, embalagens para todos os segmentos de mercado, impressão 3D e prototipagem, entre outras diversas aplicações.

Próteses para substituição de ossos e membros podem ser confeccionadas em polímeros de engenharia, como Poliamidas e Acrílico. Alguns equipamentos e vidrarias analíticas são confeccionadas em materiais como Polissulfonas e PEEK que permitem a esterilização dos mesmos em autoclave.

Peças técnicas que sofrem esforços mecânicos e altos desgastes na indústria de peças automotivas, agrícolas e de veículos pesados são confeccionadas em materiais de engenharia, como podemos citar os tanques de combustíveis dos automóveis que são fabricados normalmente em Poliamida.

As peças confeccionadas em ABS possibilitam pintura metalizada, proporcionando o efeito de metal em peças plásticas, que possuem maior durabilidade e menor peso, como por exemplo calotas de veículos e capas de celulares.

Pode-se notar que a gama de aplicação desses materiais é inumerável, e possuem representativa participação no mercado de polímeros mundial.

Vantagens do uso de plásticos de engenharia

Os plásticos de Engenharia possuem como principal vantagem proporcionar maior resistência mecânica às peças confeccionadas nesses materiais se comparadas com as confeccionadas nos materiais commodities. Contudo, as principais outras vantagens desses materiais são: aplicações em variadas temperaturas de uso (baixas ou elevadas), engrenagens confeccionadas nesses materiais não necessitam de lubrificação, podendo substituir metais em algumas aplicações, reduzindo o custo e peso das peças fabricadas, possibilidade de produzir peças com acabamento em pintura metalizada (ABS) e com grande estabilidade dimensional. Possuem ótima resistência a intempéries em geral, e essa propriedade pode ser melhorada com utilização de aditivos específicos.

Referências:
Canevarolo Jr., Sebastião V. – Ciência dos Polímeros: um texto básico para Tecnólogos e Engenheiros. São Paulo, Editora Artiliber, 2002.

Wierbeck, H. , Harada J. – Plásticos de Engenharia. São Paulo, Editora Artiliber, 2005.

http://feiplar.com.br/materiais/pdf/engenharia.pdf

https://www.plastico.com.br/plasticos-de-engenharia-aplicacoes-especiais-orientam-criacao-de-novos-materiais/2/

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