Top 5 Plásticos Resistentes ao Calor para Aplicações de Alto Desempenho

Fabricantes tendem a usar metais como níquel e aço inoxidável para aplicações de alto desempenho porque são altamente resistentes ao calor. Ligas baseadas em níquel, por exemplo, retêm sua força em ambientes com altas temperaturas, exposição térmica cíclica e altos níveis de carbono. Mesmo que o metal tenda a ser mais resistente ao calor que o plástico, existem muitas instâncias onde engenheiros se beneficiariam de usar plásticos resistentes ao calor para suas aplicações de alto desempenho em vez disso.

Plásticos resistentes ao calor se enquadram em duas categorias amplas — termofixos e termoplásticos. Termofixos são plásticos que endurecem quando expostos ao calor e não podem ser remodelados após cura. Termoplásticos de alto desempenho são plásticos que se tornam fundidos quando aquecidos, sólidos quando resfriados, e podem ser re-fundidos após resfriamento. A integridade estrutural de termoplásticos é afetada por fatores como temperatura de transição vítrea (Tg) e ponto de fusão inerentes a cada material. Escolhas de termoplásticos de alto desempenho existem que retêm suas capacidades estruturais acima de 150°C e curto prazo acima de 250°C.

Além de serem resistentes ao calor, esses materiais são resistentes a produtos químicos, resistentes à corrosão e excelentes isolantes elétricos e térmicos. Aplicações comuns de alto desempenho incluem componentes de pistão na indústria automotiva, condutos de cabos na indústria aeroespacial, conectores submersos na indústria de semicondutores e mais. Ao projetar peças que entrarão em contato com temperaturas extremamente altas, equipes de produto devem considerar fabricar com estes top 5 plásticos resistentes ao calor.

Top 5 plásticos resistentes ao calor

Termoplásticos ganham sua resistência ao calor de sua estrutura molecular. Quando anéis aromáticos rígidos são adicionados à resina em vez de grupos alifáticos, a espinha dorsal da cadeia molecular é restrita e fortificada de tal forma que dois elos químicos devem ser quebrados para quebrar a cadeia. Com esta nova estrutura, a resistência química e ao calor de um termoplástico pode ser igual ou melhor que a de um termofixo.

Aqui estão cinco plásticos que aguentam o calor.

1. Polieterimida (PEI)

ULTEM®, o nome de marca para polieterimida (PEI), é um dos poucos termoplásticos amorfos comercialmente disponíveis no mercado hoje. É forte, resistente a produtos químicos e chamas, e tem sido um pilar na indústria de fabricação por mais de 35 anos. ULTEM se destaca porque tem a maior resistência dielétrica de qualquer termoplástico de alto desempenho.

Este material tem um ponto de fusão extremamente alto de 219°C e uma temperatura máxima de serviço contínuo de 170°C, tornando-o ideal para placas de circuito, equipamentos de esterilização de alimentos e, mais notavelmente, peças de aeronaves. ULTEM é uma das poucas resinas para uso na indústria aeroespacial comercial — supera outros termoplásticos em resistência à fluência e aguenta bem na presença de vários combustíveis e refrigerantes. No entanto, tende a trincar na presença de solventes clorados polares. Este material pode ser encontrado em bloqueadores de fogo e capas de assentos de avião.

ULTEM é bastante caro como muitos dos outros plásticos nesta lista. Além disso, tem menor resistência ao impacto e temperatura de uso que PEEK.

Vantagens do ULTEM:

• Melhor resistência à fluência que termoplásticos
• Suporta combustíveis e refrigerantes

Desvantagens do ULTEM:

• Tende a trincar na presença de solventes clorados polares
• Bastante caro

2. Polieter éter cetona (PEEK)

PEEK, abreviação para polieter éter cetona, é um termoplástico de engenharia de alto desempenho semi-cristalino resistente a produtos químicos, desgaste, fadiga, fluência e calor. Este material é tão forte e adaptável a ambientes severos que fabricantes o usam como substituto de metal em muitas aplicações, não importa a temperatura. PEEK pode suportar temperaturas tão altas quanto 310°C por curtos períodos e tem ponto de fusão acima de 371°C. Além disso, tem a maior resistência à tração e flexão de qualquer polímero de alto desempenho.

Devido à sua durabilidade semelhante a metal, PEEK é amplamente usado para uma variedade de dispositivos médicos, componentes ativos em transmissões de carros e peças externas de aeronaves. Tem a vantagem adicional de ser fácil de usinar via injeção ou extrusão, e PEEK sólido é compatível com usinagem CNC.

Este termoplástico popular tem alguns pequenos inconvenientes, incluindo sua suscetibilidade a luz UV e certos ácidos. No entanto, PEEK ainda é um termoplástico altamente versátil que todos os engenheiros devem ter em seu repertório.

Vantagens do PEEK:

• Forte e adaptável a ambientes severos
• Maior resistência à tração e flexão
• Capacidades de usinagem de injeção fáceis
• Compatível com usinagem CNC

Desvantagens do PEEK:

• Suscetibilidade a luz UV e certos ácidos

3. Politetrafluoretileno (PTFE)

PTFE, comumente conhecido como Teflon, é um plástico macio, resistente ao calor, de baixo atrito com resistência química excepcional. Tem alta resistência à flexão, resistência adequada à intempérie e bom poder de isolamento elétrico em ambientes quentes e úmidos.

PTFE é único porque é quase completamente quimicamente inerte e altamente insolúvel na maioria dos solventes, tornando-o ideal para aplicações de alta temperatura. PTFE tem um dos pontos de fusão mais altos de qualquer termoplástico a 327°C, e uma faixa de temperatura de operação muito grande. É termicamente estável o suficiente para ser usado em qualquer lugar entre -200°C e +260°C.

PTFE é mais comumente conhecido por suas aplicações comerciais. Também é usado para proteger tubos de materiais corrosivos, revestir trocadores de calor e fornecer isolamento para componentes elétricos.

PTFE se destaca em temperaturas extremamente altas e baixas, mas suas propriedades mecânicas são tipicamente inferiores a plásticos comparáveis em temperatura ambiente. É sensível a fluência, abrasão e radiação, e seus fumos podem ser tóxicos. Também vale notar que PTFE é bastante caro para processar.

Vantagens do PTFE:

• Alta resistência à flexão
• Resistência adequada à intempérie
• Bom poder de isolamento elétrico em ambientes quentes e úmidos

Desvantagens do PTFE:

• Inferior a plásticos comparáveis em temperatura ambiente
• Sensível a fluência, abrasão e radiação
• Fumos podem ser tóxicos
• Bastante caro para processar

4. Polibenzimidazol (PBI)

Polibenzimidazol (PBI) tem a mais alta resistência ao calor e desgaste, força e estabilidade de propriedade mecânica de qualquer termoplástico de engenharia no mercado hoje. Fibras de PBI não têm ponto de fusão conhecido, não queimam e não grudam em outros plásticos. Este material tem uma temperatura máxima de serviço contínuo de 398°C em ambientes inertes, 343°C no ar, e potencial de exposição de curto prazo até uns escaldantes 537°C.

Para todas as suas forças, PBI é incrivelmente caro e difícil de fabricar. Engenheiros frequentemente têm que usar ferramentas de diamante para usinar este material, o que aumenta custos ainda mais. Do ponto de vista de design, uma grande desvantagem do PBI é sua sensibilidade a entalhes. Designers de produto devem ter cuidado para evitar quaisquer arestas ou cantos afiados e suavizar todos os acabamentos de superfície.

Vantagens do PBI:

• Alta estabilidade
• Resistência extrema ao calor — a mais alta de qualquer termoplástico no mercado hoje
• Fibras não têm ponto de fusão — não queimam ou grudam em outros plásticos

Desvantagens do PBI:

• Caro e difícil de fabricar
• Alta sensibilidade a entalhes

5. Polidiciclopentadieno (pDCPD)

Polidiciclopentadieno (pDCPD) é um polímero termofixo custom-projetado para entregar uma excelente combinação de resistência química, corrosão e calor, mais rigidez e resistência ao impacto. Este material combina a flexibilidade de moldagem de um termofixo com as características de alto desempenho dos melhores termoplásticos de engenharia. Tem temperatura de deflexão térmica de até 120°C.

pDCPD é único porque praticamente não tem limitações de tamanho ou peso da peça — peças com espessuras de parede variáveis, nervuras de endurecimento moldadas e mais não desacelerarão a produção. pDCPD é um material relativamente novo e suas aplicações são limitadas até agora, mas mostrou promessa em equipamentos de processo químico resistentes à corrosão, tanques sépticos e equipamentos de tratamento de água.

Vantagens do pDCPD:

• Combina resistência química, corrosão e calor
• Sem limitação de tamanho ou peso da peça — não desacelera produção
• Combina flexibilidade de moldagem com alto desempenho

Desvantagens do pDCPD:

• Material novo: aplicações são limitadas

Fabricantes podem melhorar a resistência ao calor?

Engenheiros e fabricantes podem aumentar o calor e melhorar o desempenho da maioria dos tipos de plásticos usando aditivos e/ou estabilizadores de calor. Os três tipos mais comuns de aditivos são antioxidantes, retardantes de chama e auxiliares de processamento. Cada aditivo fornece uma característica diferente e contribui para a durabilidade de um polímero.

Estabilizadores de calor protegem um polímero de danos de calor durante a fabricação ou durante o uso normal da peça final, e são adicionados à maioria dos polímeros hoje. Estabilizadores de calor também podem preservar a aparência, força e elasticidade do polímero.

Escolha um fabricante especialista para ajudar com seleção de material

Para aplicações de alta temperatura, qualquer um destes plásticos de alto desempenho pode realmente aguentar o calor. No entanto, nem qualquer material servirá. Engenheiros devem fazer sua pesquisa para garantir que estão escolhendo o plástico resistente ao calor que é o melhor ajuste para sua aplicação particular. Se engenheiros escolherem o material errado, correm o risco de comprometer a funcionalidade de sua peça e ter que começar do zero.

Um parceiro de fabricação experiente como a Fast Radius pode tornar o processo de seleção de material livre de estresse graças aos nossos serviços de consultoria de engenharia especializada. Podemos ajudar qualquer equipe de produto a escolher o material certo para sua peça e requisitos únicos.

Além da seleção de material, nossa equipe de engenheiros e designers experientes estão preparados para agilizar o processo de desenvolvimento de produto e entregar peças de qualidade superior a taxas acessíveis e cronogramas extremamente rápidos — para que cada cliente possa ter certeza de que está obtendo o melhor produto pelo melhor negócio. Entre em contato conosco hoje para um orçamento.

Para mais guias de materiais e informações sobre fabricação com plásticos, confira o centro de recursos da Fast Radius.

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