MAEI
ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA ECONÔMICA,
ESTRATÉGIA E PREVENÇÃO DE PERDAS NA INDUSTRIA - CEPI
ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS
AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO
Polietileno de Ultra-Alto peso molecular (PEUAPM)
SALVADOR
2011
ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS
AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO
Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM)
Monografia apresentada ao Programa de Pós-graduação
em
Engenharia
Industrial,
Escola
Politécnica,
Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial
para a obtenção do grau de Especialista em Engenharia
Econômica, Estratégia e Prevenção de Perdas na
Indústria – CEPI.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo de Araújo Kalid
Salvador, maio de 2011
ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS
AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO
Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM)
Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de
Especialista em Engenharia Econômica, Estratégia e Prevenção de Perdas na
Indústria – CEPI, Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia.
Monografia aprovada em 26 de maio de 2011.
________________________________________
Prof.: Dr.: Ricardo Araújo Kalid, Orientador
Instituição: Universidade Federal da Bahia
Salvador
2011
AGRADECIMENTOS
À Deus, em primeiro lugar.
À toda minha família.
Ao professor Dr. Ricardo de Araújo Kalid pela confiança, pela bolsa de estudos
concedida, e sua contribuição acadêmica diária.
Ao coordenador do CEPI Prof.: Dr.: Antônio Francisco pela gestão e
organização durante todo andamento do curso.
Aos Secretários Tatiana e Edilson, pela atenção dedicada a todos os alunos do
Programa de Engenharia Industrial.
Aos meus colegas de curso, pelo apoio e pelos momentos de discussão que
contribuíram bastante para a nossa formação.
Ao Programa de Engenharia Industrial – PEI pela disponibilidade de sua
estrutura física.
A todos aqueles que contribuíram de alguma forma para a realização deste
trabalho.
Somos o que fazemos repetidamente. Por isso o mérito não está na ação
e sim no hábito.
Aristóteles
SANTOS, Ana Cecília Correia. Avaliação das propriedades e aplicações do
PEUAPM. 32 f. il. 2011. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização) –
Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
RESUMO
Devido à grande necessidade de materiais com melhores propriedades que os
existentes no mercado para diversas aplicações na engenharia ou em outras
áreas como na indústria automobilística, de mineração, papel e celulose, de
alimentos e bebidas, têxtil, química, na substituição de peças usinadas,
porosas ou como filtros assim como no ramo esportivo. Como os materiais
existentes não apresentavam o comportamento ou as propriedades
necessárias para funções mais específicas, novos materiais como o Polietileno
de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM) começaram a ser estudados. Este
trabalho tem como objetivo apresentar um estudo bibliográfico realizado
através da busca e seleção de artigos, dissertações, teses e sites
especializados de trabalhos que abordam experimentos para a avaliação das
propriedades físicas e químicas deste polímero, assim como as indicações das
novas aplicações deste material substituição a outros polímeros de engenharia
que possuem um curto tempo de utilização por materiais com maior tempo de
vida útil e de fácil reciclagem, de forma que proporcione a redução dos
impactos ambientais provocados com os resíduos gerados devido a frequente
substituição de peças confeccionadas com materiais de qualidade inferior.
Palavras-chave: PEUAPM, propriedades, polímero.
SANTOS, Ana Cecília Correia. Evaluation of properties and applications of
UHMWPE. 32 f. il. 2011. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização) –
Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
ABSTRACT
Due to the great need for materials with better properties than those on the
market for
many
applications
in engineering or in
other
areas
such
as automotive, mining, pulp and paper, food and beverage, textile,
chemical, in place of machined parts, or porous filters as well as in the business of
sports. As existing materials have not had the behavior or properties needed for
specific functions, new materials such as Polyethylene Ultra HighMolecular Weight
Polyethylene (UHMWPE) have begun to be studied. This paper aims to present a
bibliographical study performed by searching and selecting articles,
dissertations, theses and specialized sites of studies addressing experiments to
evaluate the physical and chemical properties of the polymer, as well as
indications of new applications for this material substitution other engineering
polymers that have a short time of use of materials with longer service life and
easy recyclability in order to provide a reduction of environmental impacts
caused to the waste generated due to frequent replacement of parts made with
quality materials lower.
Keywords: UHMWPE, properties, polymer.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Resistência ao Impacto IZOD (ASTM D 256): PEUAPM em relação
aos outros materiais (Fonte: HAPER, CHARLES A. Modern Plastics Handbook,
(1999)). ............................................................................................................. 19
Figura 2: Abrasão Relativa dos diferentes tipos de materiais em relação ao
PEUAPM (Fonte: POLIETILENO, (2010)). ....................................................... 20
Figura 3: Desgaste por Abrasão do PEAUPM versus outros materiais (Fonte:
Braskem S.A., (2008)). ..................................................................................... 21
Figura 4: Extrator de Pedra de PEUAPM (Fonte: Agrax Com. e Serv. de Peças
e Plásticos Ltda. (2009)). ................................................................................. 21
Figura 5: Coeficiente de Fricção de diversos polímeros (Fonte: Braskem S.A.,
(2008)). ............................................................................................................. 23
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Algumas propriedades de diferentes tipos de Polietileno ................. 15
Tabela 2: Influência do aumento da densidade, do índice de fluidez e da massa
molar nos PE’s ................................................................................................. 16
Tabela 3: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos demais
PE’s e outros .................................................................................................... 17
Tabela 4: Perda de massa e aparência do PEUAPM a 22 ºC e 60 ºC em
diferentes reagentes. ........................................................................................ 25
Tabela 5: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos outros
plásticos de engenharia ................................................................................... 26
NOMENCLATURA
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM – American Society for Testing and Materials
d – Densidade
DMM – Distribuição de Massa Molar
EPI – Equipamento de Proteção Individual
FDA – Food and Drug Administration
IF – Índice de Fluidez
MM – Massa Molar
PE – Polietileno
PEAD – Polietileno de Alta Densidade
PEBDL – Polietileno de Baixa Densidade Linear
PEBD – Polietileno de Baixa Densidade
PELMD – Polietileno Linear de Média Densidade
PEUAPM – Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular
PP – Prolipropileno
PTFE – Politetrafluoretileno (Teflon)
Tg – Temperatura de Transição Vítrea
Tm – Temperatura de Fusão Cristalina
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO .......................................................................................... 12
2.
PROPRIEDADES DO PEUAPM ............................................................... 14
2.1.
INTRODUÇÃO ......................................................................................... 14
2.2.
CARACTERÍSTICAS DO PEUAPM ........................................................... 16
2.3.
RESISTÊNCIA AO IMPACTO ..................................................................... 18
2.4.
RESISTÊNCIA À ABRASÃO ...................................................................... 19
2.5.
COEFICIENTE DE FRICÇÃO ...................................................................... 22
2.6.
RESISTÊNCIA QUÍMICA ........................................................................... 24
2.7.
PEUAPM “VERSUS” OUTROS PLÁSTICOS DE ENGENHARIA ..................... 26
2.8.
APLICAÇÕES DIVERSAS DO PEUAPM .................................................... 27
2.9.
BENEFÍCIOS AMBIENTAIS ....................................................................... 28
2.10.
CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................... 29
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 30
Capítulo 1 – Introdução
12 1. INTRODUÇÃO
As poliolefinas estão entre os polímeros mais importantes em termos
de produção mundial. A família das poliolefinas apresenta ampla variedade de
estruturas, propriedades e aplicações. Cada componente individual desta
família gera uma grande quantidade de polímeros tendo mais destaque dentro
da família o grupo dos polietilenos (PE) e polipropilenos (PP) (QUENTAL e
FELISBERT, 2000).
O Polietileno é o terceiro plástico mais produzido no mundo por ser um
polímero muito versátil devido a sua baixa densidade, boa processabilidade e
baixo custo. É um polímero parcialmente cristalino, flexível, cujas propriedades
são acentuadamente influenciadas pela quantidade relativa das fases amorfa e
cristalina. No entanto, o seu uso é restrito por causa de vários inconvenientes,
inclusive baixa resistência a tração e também baixa resistência ao calor
(KOUNTOU e NIAOINAKIS, 2006).
Este trabalho apresenta a importância da substituição de alguns
materiais que possuem curto tempo de utilização por materiais mais baratos,
com maior tempo de vida útil e de fácil reciclabilidade, de forma que
proporcione a redução dos impactos ambientais provocados com os resíduos
gerados devido à frequente substituição de peças confeccionadas com
materiais de qualidade inferior.
Diante do contexto apresentado esse trabalho traz uma revisão
bibliográfica que tem como objetivo apresentar as características do Polietileno
de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM), suas propriedades e principais
aplicações, visando mostrar algumas das possíveis áreas de aplicação desse
polímero, assim como sua aplicação em substituição de outros materiais de
forma que seja possível a redução de custos, resíduos e dos impactos
ambientais devido a sua utilização ou seu processo produtivo.
O segundo capítulo descreve esse estudo bibliográfico com os
fundamentos das propriedades de interesse, apontando os principais fatores
que alteram essas propriedades, assim como as aplicações do PEUAPM e
também os benefícios ambientais da utilização desse polímero em substituição
a outros materiais de engenharia.
Capítulo 1 – Introdução
13 E por fim têm-se as referências bibliográficas utilizadas para o
desenvolvimento deste trabalho.
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
14 2. PROPRIEDADES DO PEUAPM
2.1. Introdução
Os polímeros são compostos orgânicos com estruturas moleculares
muito grandes, constituídas principalmente, por átomos de carbono e de
hidrogênio. Possuem aplicações em uma variada gama de situações, desde as
bastante simples, como em embalagens, até as altamente sofisticadas, como
na área biomédica, passando por diversos outros campos, industriais e/ou
comerciais, com baixa ou elevada tecnologia.
O Polietileno (PE) é um termoplástico abundante, barato que possui
uma excelente resistência química e elétrica, baixo coeficiente de fricção, alta
resistência à umidade, além de fácil processamento. A faixa de trabalho para
processamento desta resina varia de 40 ºC a 93 ºC. O PE é um polímero
semicristalino, pois em sua estrutura molecular têm-se regiões tanto amorfas
(desordenadas) quanto cristalinas (ordenadas) (ISLABÃO, 2005).
O PE está disponível em uma larga variedade de tipos e de faixa de
propriedades, tais como densidade (d), massa molar (MM), distribuição de
massa molar (DMM), entre outras. A MM, o tipo de cadeia e o comportamento
mecânico de um polímero são características importantes do mesmo e
influenciam a sua conformação, que depende, também, da linearidade,
ramificação e reticulação das cadeias presentes nos diversos tipos de
polímeros.
Os PE’s classificam-se em famílias de polímeros podendo ser:
polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) (0,900 < d < 0,915), polietileno
de baixa densidade (PEBD) (0,910 < d < 0,925), polietileno linear de média
densidade (PELMD) (0,926 < d < 0,940), polietileno de alta densidade (PEAD)
(0,941 < d < 0,959) e polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM)
(d0,930). Cada um desses tipos apresenta suas características especificas
como morfologia, flexibilidade, transparência, resistência ao impacto entre
outras (RUBIN, 1990). Algumas outras propriedades dos PE’s podem ser
observadas na Tabela 1:
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
15 Tabela 1: Algumas propriedades de diferentes tipos de Polietileno
Fonte: Adaptado de Ferreira, (2007).
O Polietileno linear possui normalmente massas molares numa faixa de
200.000 g mol-1 a 500.000 g mol-1, mas pode ser maior. No caso do PEAUPM,
que é um polímero linear de alta densidade este possui uma massa molar de
três a oito milhões g.mol-1 (DOMINIGHAUS, 1993). O PEAUPM é definido pela
ASTM D-4020-00 (ASTM D 256, 2000) como aquele que tem viscosidade
relativa no mínimo igual a 2,3, usando uma solução de decahidronaftaleno de
concentração igual a 0,05% a temperatura de 135 ºC e apresenta cristalinidade
em torno de 45% a 50%. É um polímero semicristalino que por difração da luz
visível sobre a lamela à temperatura ambiente, apresenta-se branco, com
aparência opaca. Porém à temperatura acima da temperatura de fusão (Tm 
133 ºC), apresenta-se translúcido.
A polimerização do eteno ocorre em processos à baixa pressão
utilizando catalisador Ziegler-Natta na presença de haletos metálicos e
compostos alquilalumínio. Esta rota permite que sejam produzidas cadeias com
até doze milhões de grama mol, isto é, aproximadamente quinze vezes maiores
que as cadeias de PEAD. Ao fim do processo é adicionado estearato de cálcio,
evitando-se assim a aglomeração dos grânulos de resina, geralmente
comercializada em forma de pó.
O PEUAPM pode ser empregado em uma ampla gama de aplicações
industriais desde que a temperatura de trabalho não exceda a 80 ºC. As
características de resistência à abrasão, ao impacto e a produtos químicos,
baixo coeficiente de atrito, absorção de ruídos tornam o PEUAPM
particularmente adequado para diversas aplicações na área biomédica, na
mineração, nas indústrias química, alimentícia, têxtil e de bebidas. Por ser
biocompatível e apresentar boa resistência química e qualidade mecânica, o
16 Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
PEUAPM tem sido usado em aplicações médicas, em especial, próteses
ortopédicas de juntas totais ou parciais, com resultados clínicos satisfatórios
(FERREIRA, 2007).
2.2. Características do PEUAPM
A variação da densidade é resultante da estrutura cristalina, a qual
afeta as propriedades mecânicas, térmicas e químicas. Desta forma reduzindose a cristalinidade do PE, reduz-se a densidade, ocorre o aumento da
resistência ao impacto, fluência a frio, resistência ao stress cracking entre
outras, contundo diminui a dureza, contração e resistência química.
Para a determinação do tipo de processamento e das propriedades do
produto final três características básicas dos PE’s devem ser levadas em
consideração: densidade, índice de fluidez (IF) e massa molar (MM). A
influência destes parâmetros sobre algumas propriedades mecânicas pode ser
observada na Tabela 2.
Tabela 2: Influência do aumento da densidade, do índice de fluidez e da massa
molar nos PE’s
Fonte: ISLABÃO, (2005).
As resinas de PEUAPM são consideradas polímeros de engenharia
devido as suas propriedades diferenciadas e são amplamente utilizadas em
aplicações como placas de revestimento, componentes de equipamentos que
trabalham com líquidos corrosivos, revestimentos de pisos esportivos,
blindagens balísticas, componentes biomédicos etc. Na área biomédica é
empregado
como
um
biomaterial
na
fabricação,
principalmente,
de
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
17 componentes de implantes ortopédicos. Apresentam também propriedades
atrativas como alta resistência ao impacto, baixo coeficiente de atrito e alta
resistência a abrasão, alta resistência química e ao stress cracking, alta
absorção de ruído, além de atenderem as normas sanitárias para contato com
alimentos (POLIETILENO, 2010).
Algumas propriedades do PEUAPM em relação aos outros polietilenos
podem ser comparadas na Tabela 3, onde é possível confirmar a melhor
aplicação do PEUAPM em substituição aos polietilenos convencionais.
Tabela 3: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos demais
PE’s e outros
Fonte: Coutinho e outros, (2003).
Através da Tabela 3 pode-se observar que a longa cadeia molecular, e
alta densidade e a ausência de ramificações conferem ao PEUAPM
propriedades, tais com: resistência à abrasão, boa resistência à corrosão, alta
resistência à fadiga cíclica, alta resistência à fratura por impacto, alta
resistência ao tenso-fissuramento, alta resistência química, alta dureza e baixo
coeficiente de atrito em relação aos outros tipos de PE’s.
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
18 2.3. Resistência ao Impacto
A resistência ao impacto é uma das propriedades mais requisitadas
para a especificação do comportamento mecânico dos polímeros. Isto ocorre
devido ao fato de que durante seu emprego os polímeros muitas vezes são
submetidos a solicitações mecânicas de impacto, aplicadas em tempos muito
curtos, ou seja, de forma repentina e brusca.
A resistência ao impacto depende de um número significativo de
variáveis, dentre elas a temperatura do ensaio, a velocidade de impacto
durante o teste, a sensibilidade a entalhes padronizados, a força com que o
corpo de prova sofre o impacto, a geometria, as condições de fabricação
desses corpos de prova e as condições ambientais do ensaio.
O principal parâmetro para quantificar a resistência ao impacto é a
energia de impacto. Métodos de ensaio utilizam o principio da absorção de
energia a partir de uma energia potencial de um pêndulo ou da queda de peso
sobre a amostra. Vários modos de impacto podem ser utilizados: teste de
impacto IZOD ou CHARPY; teste de impacto por queda livre de dardo, e teste
de impacto sob tração. No primeiro caso, a amostra é entalhada e submetida
ao impacto de um pêndulo. A queda de dardo usa a amostra na forma de
placas e um peso ajustável é deixado cair sobre elas de uma altura fixa. O
peso que quebrar 50% dos corpos de prova pode ser considerado como a
resistência ao impacto. O teste de impacto sob tração faz com que o pêndulo
deforme a amostra como se fosse um ensaio de tração a elevadas velocidades
(CANEVAROLO JR, 2002).
Devido à elevada resistência ao impacto o PEUAPM é um bom
substituto para materiais que são submetidos a atividades com impactos
repentinos, golpes fortes, freqüentes ou constantes. Os materiais mais
tradicionais se agridem, ou simplesmente apresentam fadiga. O PEUAPM é o
único plástico de engenharia que, quanto mais se golpeia, fica mais duro
(ROSARIO, 2006).
Na Figura 1 pode-se observar a comparação do PEAUPM e outros
plásticos de engenharia em relação à resistência ao teste de impacto IZOD.
19 Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
PEAUPM Figura 1: Resistência ao Impacto IZOD (ASTM D 256): PEUAPM em relação aos
outros materiais (Fonte: HAPER, CHARLES A. Modern Plastics Handbook,
(1999)).
A principal aplicação do PEUAPM devido à sua elevada resistência ao
impacto é como chapa na parte superior dos feixes de mola das carretas para
reduzir o impacto devido aos terrenos irregulares das estradas, e ao absorver
os impactos o PEUAPM ajuda a prolongar a vida útil de todo o conjunto da
suspensão.
2.4. Resistência à Abrasão
Abrasão pode ser definida como a operação de remoção de partículas
de um material pelo seu atrito com outro material, que deverá ser, quase
sempre, mais duro do que o primeiro.
As ferramentas utilizadas neste
processo de abrasão são: óxido de alumínio, carbeto de silício e óxido de
alumínio e zircônio. Os grãos abrasivos, no processo de abrasão, realizam a
remoção de material da peça em trabalho, mas se desgastam durante o
trabalho e perdem a sua capacidade de remoção.
A principal consequência da abrasão é o desgaste que, de uma forma
geral, pode ser definido como sendo a degradação superficial de um material
submetido à uma força de atrito, levando à perda não desejada e à geração de
partículas (ABNT- MB3379).
O desgaste de um componente é governado por três leis fundamentais:
a) o aumento de carga normal sobre o mesmo aumenta o volume
desgastado;
b) o aumento da distância de deslizamento aumenta o desgaste; e
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
20 c) a maior dureza do componente reduz o seu desgaste.
A resistência ao desgaste por abrasão é uma propriedade marcante do
PEUAPM. Isto faz com que o mesmo seja adequado para substituir metais em
aplicações que exijam uma alta resistência à abrasão, além disso, as peças de
PEUAPM são mais leves do que as peças de metal (POLIETILENO, 2010).
Como discutido anteriormente a resistência ao desgaste por abrasão
faz com que o PEUAPM seja adequado para substituir metais em aplicações
que exijam uma alta resistência à abrasão, tornando suas peças mais leves
quando comparado com as peças construídas de metal (POLIETILENO, 2010).
A Figura 2 compara o PEAUPM com outros materiais usados em aplicações de
alta abrasão, nas indústrias em geral.
PEUAPM Figura 2: Abrasão Relativa dos diferentes tipos de materiais em relação ao
PEUAPM (Fonte: POLIETILENO, (2010)).
Os materiais foram testados e avaliados pelo método de cimento e
areia da Braskem S. A..
Analogamente o desgaste por abrasão do PEUAPM pode ser
observado na Figura 3 em comparação com outros materiais de engenharia.
21 Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
Figura 3: Desgaste por Abrasão do PEAUPM versus outros materiais (Fonte:
Braskem S.A., (2008)).
E devido a sua alta resistência a abrasão ou ao seu baixo desgaste por
abrasão o PEUAPM pode ser utilizado como revestimento de calhas, bicas,
mesas de frigoríficos, tubulações, revestimentos de equipamentos, silos,
contêineres,
extrator
de
pedra
para
pneus
(Figura
4)
entre
outros
equipamentos.
Figura 4: Extrator de Pedra de PEUAPM (Fonte: Agrax Com. e Serv. de Peças e
Plásticos Ltda. (2009)).
O PEUAPM é bastante utilizado para confecção de guias de corrente,
sobretudo onde a lubrificação é insuficiente, ou quando o lubrificante pode
contaminar os produtos manufaturados (alimentos, bebidas, tecidos, papéis,
etc.), ou em casos em que a lubrificação é difícil devido a longos trechos ou
quando o acesso é difícil. Além disso, outras propriedades como: resistência
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
22 química, resistência ao impacto, redução de vibrações e ruídos, fazem do
PEUAPM um material ideal para a confecção dessas guias.
Na Indústria de Bebidas e Cerâmica tem-se aproximadamente 200
diferentes tipos de perfis guia de PEUAPM, guias laterais de PEUAPM, guias
de tombo em PEUAPM e guias de correias feitas em PEUAPM. Sem falar que
PEUAPM inibe a proliferação de bactérias (VEDAPAR, 2010).
As aplicações deste material na área biomédica em próteses cirúrgicas
sejam elas ortopédicas ou odontológicas estão sendo intensamente estudadas
devido as suas excelentes propriedades de resistência ao desgaste. Este
polímero cumpre com as regulamentações da FDA (Food and Drug
Administration), para ser usado em processo de produtos alimentícios e
farmacêuticos.
2.5. Coeficiente de Fricção
O baixo coeficiente de fricção do PEUAPM se aproxima do teflon, sua
superfície limpa e auto lubrificada permite que partes móveis como bandas de
cadeias se movam facilmente prevenindo contra o desgaste prematuro ou
tendo que agregar tensão excessiva sobre componente de muito valor. As
superfícies recobertas de PEUAPM permitem o deslisamento suave e livre de
materiais em pó ou aglomerados (ROSÁRIO, 2006).
Devido ao seu baixo coeficiente de fricção o PEUAPM possui diversas
aplicações onde é necessário o deslizamento, pois apresenta propriedades
autolubrificantes. Na área biomédica o PEUAPM é empregado como um
biomaterial na fabricação, principalmente, de componentes de implantes
ortopédicos (EDIDIN e outros, 2000). Na mineração, nas indústrias química,
alimentícia, têxtil e de bebidas, sendo que a temperatura de trabalho contínuo
não deve ser superior a 80 ºC (Braskem S. A., 2010).
O baixo coeficiente de fricção do PEUAPM se aproxima do teflon
(PTFE) e sua comparação com outros termoplásticos de engenharia assim
como com o teflon pode ser observado na Figura 5, sua superfície limpa e auto
lubrificada permite que partes móveis se movam facilmente prevenido o
desgaste prematuro das peças.
23 Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
Figura 5: Coeficiente de Fricção de diversos polímeros (Fonte: Braskem S.A.,
(2008)).
As superfícies recobertas com PEUAPM, mesmo sem a presença de
aditivos, permitem o deslizamento suave e livre dos materiais por esta razão
esta é uma solução eficiente, em termos de custo e desempenho para
aplicações de deslizamento. O recobrimento com este material também evita
que se maltratem ou raiem objetos como vasilhames e outras embalagens.
Outras aplicações do PEUAPM devido ao seu baixo coeficiente de
atrito são:

Transporte
de
materiais
por
correias
transportadoras
são
amplamente utilizado na indústria de mineração, pois são mais leves
que o aço, trabalha mais de 6000 horas, não há necessidade de
lubrificação, não sofrem corrosão, visto que os roletes tradicionais
necessitam de manutenção e lubrificação frequente (Braskem S. A.,
2008);
Confecção de guias e perfis de deslizamento de PEUAPM, material de
alto desempenho e longa vida útil, possuindo excelente resistência ao
desgaste, baixo coeficiente de atrito, auto lubrificação, propiciando uma
excelente relação custo benefício em relação a outros tipos de PE’s.
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
24 2.6. Resistência Química
Devido a sua natureza não polar, os PE’s possuem alta estabilidade a
agentes químicos e outros meios, sendo resistentes a soluções aquosas de
sais, ácidos inorgânicos (exceto aos agentes oxidantes fortes, como os ácidos
nítrico e sulfúrico fumegante) e álcalis. Até 60 °C, os PE’s são estáveis a
muitos solventes. Estas informações foram obtidas através de testes práticos,
nos quais corpos-de-prova de PE moldados por compressão são imersos na
respectiva substância pura durante 60 dias, na ausência de esforços
mecânicos, sendo controladas as propriedades de tração (Braskem S. A.,
2010).
O PEUAPM é extremamente resistente a uma ampla gama de produtos
químicos. O material é quase totalmente inerte, o que faz com que o mesmo
seja indicado para uso em praticamente todos os tipos de ambientes
agressivos ou corrosivos a temperaturas moderadas. Mesmo a temperaturas
elevadas ele resiste a vários tipos de solvente, exceto os aromáticos, os
hidrocarbonetos halogenados e os oxidantes fortes, como por exemplo, o ácido
nítrico. Alguns testes de compatibilidade entre uma amostra do produto e o
ambiente químico são fortemente recomendados para verificar o desempenho
satisfatório da peça, nas mesmas condições, por um período igual ao da vida
útil pretendida, a cada nova aplicação. Mesmo substâncias classificadas com
ataque ou absorção acentuados frequentemente mostram bons resultados
práticos (POLIETILENO, 2010).
O PEUAPM possui uma boa resistência a uma ampla gama de
produtos químicos (ácidos, álcalis, solventes, combustíveis, detergentes e
oxidantes) e não absorve umidade. Esse polímero é quase totalmente inerte,
desta forma este material pode ser indicado para uso em praticamente todos os
tipos de ambientes agressivos ou corrosivos sob temperaturas moderadas.
Mesmo em temperaturas elevadas, só é atacado por solventes aromáticos ou
halogenados e por oxidantes fortes, como ácido nítrico (COUTINHO e outros,
2003).
Assim como a maioria dos polímeros sintéticos, o PEUAPM também é
sujeito a reações de degradação induzida por radiação ultravioleta e oxigênio.
O material degradado mostra alterações no aspecto visual, aumento da
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
25 densidade, e redução da resistência à abrasão, da resistência ao impacto e das
propriedades de tração.
Na Tabela 4 pode observar a perda de massa e a aparência de peças
de teste de 0,40 x 1 x 2 polegadas, após a imersão em reagentes sob
determinadas condições.
Tabela 4: Perda de massa e aparência do PEUAPM a 22 ºC e 60 ºC em diferentes
reagentes.
Fonte: Rosário, (2006).
A perda de massa de diversos tipos de polietilenos e do PEAUPM
assim e sua aparência após o teste após a imersão em outros reagentes
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
26 podem ser encontrado em materiais publicados pela literatura técnica da
Braskem S. A. (2008) e também no site da empresa DayBrasil (acesso em 27
de abril de 2011).
Devido a esta excelente propriedade o PEUAPM possui diversas
aplicações, como por exemplo:

É comumente aplicado em ambientes cáusticos, água salgada,
limpezas a vapor, entre outros;

Rotores e carcaças de Bombas devido à resistência química e a
abrasão.
É usado como roscas e estrelas na área de envasamento, guias,
buchas, rolamentos, cilindros anti-aderentes, placa formadora de hambúrguer.
2.7. PEUAPM “versus” outros Plásticos de Engenharia
O PEUAPM é um material de engenharia de excelentes propriedades
que o qualifica a ser empregado nas mais diversas operações onde são
exigidos materiais de elevado desempenho.
A comparação de algumas das propriedades do PEUAPM e outros
plásticos de engenharia podem ser observadas na Tabela 5.
Tabela 5: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos outros
plásticos de engenharia
Fonte: Braskem S.A., (2008).
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
27 Por esta razão, a utilização do PEUAPM está crescendo de maneira
bastante acentuada sendo que, nos últimos anos houve um crescimento de
mais de 600% em sua utilização em vários ramos industriais, pois o mesmo
apresenta uma versatilidade muito grande de aplicações.
De acordo com as propriedades do PEUAPM em relação aos outros
polímeros indicadas na Tabela 5 tem-se o crescimento de sua utilização para
confecções de peças de maquinários como mancais, roletes, roldana, arruelas
de encosto, engrenagens, batentes, guias, válvulas, gaxetas, raspadores, bicos
de enchimento e de jateamento, misturadores e uma infinidade de outras mais
(ROSÁRIO, 2006).
Na Tabela 5 pode-se observar outras propriedades do PEUAPM como,
por exemplo, tensão de escoamento, temperatura de operação, alongamento
de ruptura, absorção de água propriedades estas que ampliam as pesquisas
em busca de novas formas de utilização deste material, visando à substituição
de outros plásticos de engenharia ou até mesmo a substituição de outros
materiais.
2.8. Aplicações Diversas do PEUAPM
O PEUAPM é produzido por três fabricantes no mundo, sendo um
brasileiro, a Braskem S. A.. Este polímero é utilizado para confecção de
material de proteção balística, sendo processado na forma de tecido e mantas,
aplicados na confecção de Equipamento de Proteção Individual (EPI’s), e até
mesmo coletes a prova de bala. A demanda mundial de tecido balístico é muito
grande. No Brasil, atualmente são vendidos cerca de 200.000 coletes/ano.
A Braskem S. A. produz vários “grades” do PEUAPM e suas aplicações
decorrem do tipo de propriedade que é demandada por cada tipo de processo.
Como por exemplo, na fabricação de peças porosas, chapas processadas por
moldagem por compressão que suas aplicações requerem alta resistência ao
impacto deve-se utilizar o UTEC 5040, quando suas aplicações requerem alta
resistência ao impacto e a utilização de pigmentos e/ou aditivos deve-se utilizar
o UTEC 5041, quando suas aplicações requerem boa combinação entre alta
resistência ao impacto e resistência ao desgaste por abrasão deve-se utilizar o
UTEC 6540, e quando suas aplicações requerem boa combinação entre alta
resistência ao impacto, resistência ao desgaste por abrasão e a utilização de
28 Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
pigmentos e/ou aditivos deve-se utilizar o UTEC 6541, logo o tipo do polímero a
ser empregado depende das propriedades que são exigidas em cada
aplicação. (Braskem S. A., 2010)
Uma avaliação que vem sendo realizada é a exposição do PEUAPM
quando o mesmo é submetido a doses de radiação. O escurecimento de
corpos-de-prova quando submetido a diferentes doses de radiação deve-se,
principalmente, a oxidação do PEUAPM durante a irradiação devido ao fato de
que as irradiações são realizadas em presença de oxigênio, indicando que
houve a degradação do polímero quando submetido a radiação (BARRON E
BIRKINSHAW, 2009).
Devido a sua baixa temperatura de transição vítrea (Tg) que é próximo
de – 160 ºC, o emprego do PEAUPM em aplicações a baixas temperaturas
sem que haja prejuízos em suas propriedades mecânicas (SUZUKI, 2009).
Diante de todas essas melhorias de propriedades do PEUAPM em
relação aos outros polímeros de engenharia este material pode ser utilizado
submergido em água (plantas de tratamentos de águas, processos químicos,
entre outros), como também a temperaturas de aplicação de – 30 º C.
2.9. Benefícios Ambientais
Segundo Rosário (2006), a substituição de alguns materiais de
engenharia pelo PEUAPM além de aumentar a relação custo x benefício devido
à eliminação da necessidade de manutenção e também do maior tempo de
vida útil do material, a sua utilização traz alguns benefícios ambientais como:

A eliminação do uso de graxas para lubrificação que é necessário em
sistemas de aço, bronze, cobre ou latão;

O PEUAPM é um material que pode ser totalmente reciclado – o
crescimento da utilização deste polímero na confecção de peças
para maquinários gera um grande desperdício. No momento, o
material descartado é transformado em matéria-prima, reintegrandoo ao processo produtivo. Com isto tem-se o reaproveitamento do
material que, além da recuperação da matéria-prima diminui as
quantidades
a
serem
encaminhadas
aos
aterros
ou
lixões
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
29 minimizando os impactos, deste material descartado, no meio
ambiente;

A reciclagem do PEUAPM pode ser realizada pelo método de
fundição, ou seja, o material é moído, depois prensado para se obter
placas e por usinagem os corpos-de-prova são retirados. Portanto,
não ocorre uma fusão intermolecular robusta, motivo pelo qual
existem perdas, por exemplo, nas propriedades de tração;

Este polímero é fácil de usinar, porque se reduz os “tempos ociosos”
por reposição de partes do equipamento ao ser usinado. Desta forma
seu trabalho é tão fácil como a madeira, logo podendo ser feita essa
substituição reduzindo o emprego da madeira e consequentemente o
desmatamento;

Por suas características de absorver impacto o PEUAPM torna o
maquinário mais silencioso, e reduzindo a poluição sonora dentro de
uma unidade industrial e proporcionando um maior conforto aos
funcionários durante sua jornada de trabalho.
2.10. Considerações Finais
A literatura especializada mostra diversos estudos para a aplicação do
PEUAPM, pois este material é de interesse de diversos tipos de vários
segmentos, como por exemplo, industrial, oftalmológico, ortopédico e
odontológico. Neste trabalho foi realizado uma pesquisa e seleção de artigos,
dissertações e teses de forma a construir um material compacto e acessível
necessário para a utilização do PEUAPM de acordo com os testes que foram
realizados por pesquisadores para cada uma das propriedades estudadas.
Desta forma contribuindo para o aumento da aplicabilidade do material, em
diversos ramos de atividades.
O estudo das propriedades do PEUAPM é de grande importância, pois
faz com que esse material substitua diversos materiais de engenharia em
atividades que exijam materiais com elevadas resistência abrasão, baixo
coeficiente de atrito elevada resistência química e ao impacto dentre outras.
Capítulo 2 – Propriedades do PEUAPM
30 De acordo com a extensa aplicação desse material se faz necessário
aprofundamento dos estudos para sua reciclagem, pois esta ainda é complexa,
devido a não utilização de métodos convencionais.
30 Referências Bibliográficas
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Associação Brasileira de Normas Técnicas – (ABNTMB 3379) – Materiais
Inorgânicos – Determinação do desgaste por abrasão – Método de
ensaio, ABNT NBR 12042: 1992.
AGRAX Comércio e Serviços de Peças e Plásticos Ltda. Disponível em:
http://www.agrax.com.br/18360/18402.html. Acesso em 28 de abril de
2011.
ASTM D 256, Standard test methods for determinig the IZOD pedulum
impact of plastics, 2000.
AUTROTRAVI BORRACHAS E PLÁSTICOS LTDA. Aplicações do PE-ULTRA.
Disponível em: http://www.autotravi.com.br/. Acesso em 28 de abril de
2011.
BARRON, D., e BIRKINSHAW, C. On the morphology of some irradiated ultra
high molecular polyethylenes. Polymer Degradation and Stability, v. 94, p.
1621-1631, 2009.
Braskem
S.
A.,
Propriedades
Gerais
(2008).
Disponível
em:
http://www.braskem.com.br/utec/pt/propriedades_gerais.asp. Acesso em 28
de abril de 2011.
Braskem S. A., Literatura Técnica: Resistência Química do Polietileno. Junho,
2010.
CANEVAROLO JR, S. V. - Ciência dos Polímeros: Um texto básico para
tecnólogos e engenheiros, Artliber Editora Ltda., (2002).
COUTINHO, F. M. B., MELLO, I. L., SANTA MARIA, L. C., Polietileno:
Principais tipos propriedades e aplicações, Polímeros: Ciência e
Tecnologia, v. 13, nº 1, p. 1-13, 2003.
DAY
BRASIL,
Boletins
Técnicos
-
2002.
Disponível
em:
http://www.daybrasil.com.br/Site2010/Produtos/Familia.aspx. Acesso em 28
de abril de 2011.
31 Referências Bibliográficas
DOMINIGHAUS,
H.
Plastics
for
Engineers:
materials,
properties,
aplications, Minich, Vienna, NY, Barcelona: Hanser Publishers, 1993.
EDIDIN, A. A., JEWETT, C. W., KALINOWSKI, A., KWARTENG K., KURTZ, S.
M. Degradation of mechanical behavior in UHMWPE after natural and
accelerated aging, Biomaterials, v. 21, p. 1451-1460, 2000.
FERREIRA, Flavio Cid Muniz. Comportamento sob abrasão em polietileno
de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) irradiado, 2007, 137 f.
Dissertação (Mestrado), Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro.
ISLABÃO, Genizia Islabão de. Blendas de Polietileno de Ultra Alto Peso
Molar (PEUAPM) com Polietileno Linear de Média Densidade (PELMD)
para Rotomoldagem. 2005. 103 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre.
KOUNTOU, E., NIAOINAKIS, M.- Thermo-mecanical properties of LLPDE/SiO2
nanocomposites, Polymer v. 47, p. 1267-1280, 2006.
POLIETILENO. Disponível em:
http://www.braskem.com.br/site/portal_braskem/pt/produtos_e_servicos/boletin
s/pdf_catalogos/UTEC.pdf. Acesso em 08 de novembro de 2010.
QUENTAL, A. C., FELISBERT, M. I. “Blendas de polietileno linear de baixa
densidade e poli(propeno–co-eteno-co-1-buteno)”, In: XIV Congresso
Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 14., 2000, São Pedro –
SP. Anais... p. 53901-53906.
RUBIN, I. I. Handbook of Plastics Materials and Technology, New York, Ed.
Jonh Wiley & Sons Inc., (1990).
ROSÁRIO, Salmo Cordeiro. Estudo do Efeito da Radiação Ionizante por
Feixe de Elétrons sobre o Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular
Virgem e Reciclado Industrial. 2006, 62 f. Dissertação (Mestrado),
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - USP, São Paulo.
SUZUKI, Katia Cellise. Investigação do uso de polietileno de ultra alto peso
molecular como matriz em compósitos reforçados com fibras de
32 Referências Bibliográficas
vidro. 2009, 35 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia de
Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, Porto
Alegre.
Vedapar
Vedações
Paraná
Ltda.
Disponível
em:
http://www.vedapar.com.br/sitemap.html. Acesso em 26 de novembro de
2010.
HARPER, Charles A. Modern Plastics Handbook. New York, Mc-GrawHill, 1999.
UFBA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA INDUSTRIAL - PEI
Rua Aristides Novis, 02, 6º andar, Federação, Salvador BA
CEP: 40.210-630
Telefone: (71) 3283-9800
E-mail: [email protected]
Home page: http://www.pei.ufba.br