PEEK: O polímero de alta performance

No post “A vantagem dos polímeros” apresentamos a seguinte imagem:

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Pirâmide Polimérica

Nela aparece um material com muito destaque atualmente, que é uma alternativa para fluoropolímeros como o Teflon, o PEEK ou poliéter-éter-cetona,  na região dos plásticos que aguentam temperaturas extremas. Por essas e outras propriedades ele possui inúmeras aplicações, como falaremos a seguir.

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Monômero PEEK

Reduzir tempo de produção de aeronaves

A utilização de componentes poliméricos no lugar dos metálicos permitem reduzir o tempo de produção, além de reduzir o peso. Esses dois fatores proporcionam uma redução de custo, sempre buscada em qualquer projeto de engenharia. Os compósitos com PEEK são utilizados há mais de 25 anos na industria aeroespacial por fabricantes renomados, como a Airbus. Esse material é utilizado em portas e tubos que protegem cabos de alta tensão. Também se utiliza como matéria-prima para suportes hidráulicos e de combustível para asas, caixa central e tanques de combustível, podendo reduzir o peso em 40%. Ele pode ser utilizado nessa aplicação por causa das seguintes propriedades: resistência ao desgaste, rigidez, baixo coeficiente de atrito.

Motores feitos com polímeros

A Solvay anunciou no ano passado (2015) um projeto que consiste na utilização de PEEK para a fabricação de um duto de admissão de combustível, como o da foto, fabricado por impressão 3D.

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Duto de admissão de combustível

Tradicionalmente o material utilizado no duto é o alumínio, porém hoje a indústria depende muito da poliamida. Com a busca de novos materiais encontrou-se o PEEK, que alia redução de tamanho do motor e também poder de suportar altas temperaturas de trabalho (até 240 ºC). A redução de peso da peça obtida foi de aproximadamente 50% com o PEEK reforçado com 10% de fibras de carbono, além de ter ótima resistência química para combustíveis e desempenho mecânico confiável.

Biomateriais para implantes

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Implante para coluna cervical

O PEEK é utilizado pela Solvay para fabricar implantes para a coluna cervical, pois possui um módulo de elasticidade muito próximo ao do osso,biocompatibilidade, tenacidade e resistência à fadiga.

Indústria do Petróleo e Gás

Os Victrex PEEK são utilizados na produção de ferramentas de alto desempenho para a perfuração de poços. Os benefícios imediatos da aplicação desse material são operações mais fáceis, mais rápidas e mais eficientes. Além disso, o material possui baixa expansão térmica, que pode chegar a 1/6 do aço, ou seja, suportam tolerâncias de projeto mais apertadas. Também combinam baixa resistência eletromagnética e alta resistividade elétrica e possuem estabilidade hidrolítica (absorção de água no máximo de 0,2%).

Você sabe outra aplicação para o PEEK? Deixe nos comentários!

Referências:

Vitrex promete reduzir tempo de fabricação de aeronaves com linha de compósitos termoplásticos

Nova tecnologia em suportes fabricados com PEEK introduzida na indústria aeronáutica reduz consumo e custos de manufatura

Polímero PEEK da Solvay será usado em duto de admissão de combustível no projeto do motor fabricado totalmente com plásticos

Solvay lança no Brasil linha de biomateriais para implantes ortopédicos e cardiovasculares

Polímeros Victrex®Peek permitem alto desempenho em ambientes extremos da indústria do Petróleo e Gás

A vantagem dos polímeros

Nessa semana assisti uma palestra apresentada por um engenheiro da empresa Solvay sobre uma das maiores tendências do momento: A substituição dos metais pelos polímeros.

Esse fenômeno ocorre porque hoje há o desenvolvimento de polímeros com propriedades equivalentes ou até maiores do que metais. Assim, essa gama de materiais pode ser classificada conforme a pirâmide abaixo:

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Pirâmide polimérica

Na maioria das vezes os materiais substituintes estão no topo da pirâmide, como o PEEK e o PBI e possuem propriedades superiores aos demais, já os que estão na base da mesma, como PET, PP e PE são geralmente utilizados na fabricação de embalagens ou brinquedos, ou seja, não possuem aplicações que necessitam alto desempenho do material.

As principais vantagens obtidas através dessa permuta de materiais em certas aplicações são a redução do peso, redução do custo, melhoria nas propriedades de resistência química e há uma redução no barulho produzido pelos componentes. Além disso não é necessário fazer operações secundárias na manufatura e é possível fabricar peças com geometria complexa.

Um exemplo muito interessante é o projeto Solar Impulse, que é apoiado pela Solvay e consiste em um avião solar de longo alcance que visa a volta ao mundo utilizando apenas a energia solar. Para isso ser possível em várias partes do avião foram utilizadas peças feitas com polímeros ao invés de metais, que irão fornecer ao avião um menor peso e consequentemente um menor consumo de energia. Dois materiais utilizados foram PPA e PVDF, que possuem alta resistência aos raios UV. O vídeo abaixo fala um pouco mais sobre o Solar Impulse:

Outro caso bem interessante, que não foi comentado na palestra e não é da Solvey, é a substituição dos componentes metálicos dos braços biônicos. Próteses chegam a custar mais de 40 mil dólares e através da troca do material e do design foi possível ter um custo de fabricação de apenas 300 dólares! Ou seja, chegará no consumidor final por um custo muito menor, assim o número de pessoas que poderão ter acesso será muito maior, o que é simplesmente incrível. O vídeo abaixo mostra ela em funcionamento:

Ainda, polímeros reforçados com fibras podem possuir resistência mecânica muito maior que os metais e polímeros, como o AMODEL (PPA), IXEF (PARA) e Ketospire (PEEK) que possuem resistência à tração e peso específico próximos aos de metais, mas o seu módulo de elasticidade ainda é muito menor.

Ademais, eles ainda possuem inúmeros desvantagens em relação aos metais, como por exemplo menor vida útil e maior agressão ao meio ambiente. Sabe-se que ainda há muito para melhorar na reciclagem dos polímeros, pois hoje ao serem reciclados, o produto final obtido não tem as mesmas propriedades do que o reciclado. Além disso, para a reciclagem diferentes tipos de polímeros não podem ser misturados, porque causará contaminação e sem contar que não são materiais biodegradáveis, causando vários problemas ambientais.

Em relação aos problemas técnicos ainda é muito difícil ter uma peça polimérica com tolerância dimensional baixa e com um design complexo, para essas aplicações os metais são a melhor opção!

Para otimizar o processo, essas equipes de desenvolvimento usam softwares de simulação de engenharia preditiva (CAE/CAD), que muitas vezes substituem a necessidade de testes reais. Foi comentado também sobre as impressoras 3D, mas essas ainda não são utilizadas para polímeros de alta performance e sim para aqueles que se encontram na base da pirâmide.

E você de qual time é, metais ou polímeros?

Até a próxima semana (: