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PROPRIEDADES, CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES INDUSTRIAIS DO
POLITETRAFLUORETANO-PTFE (Teflon®).
Hamilton Britto1, Celso Costa Evangelista
2
Resumo O Teflon® é um polímero semicristalino que foi descoberto por Roy Punket enquanto
manipulava o gás tetrafluoreto de eteno, foi inicialmente aplicado na indústria bélica durante a 2ª
Guerra Mundial na década de 1940 e ganhou importância na indústria civil após 1954, quando o
engenheiro Francês Marc Gregoire descobriu o processo para aderência desse material ao
alumínio e criou a panela antiaderente; já em 1969, Robert Gore conseguiu expandi-lo formando
uma membrana microporosa impermeável utilizada na confecção de roupas impermeáveis. Possui
4 fases conhecidas (pseudohexagonal, triclinico, ortorrômbico e hexagonal) e uma enorme
estabilidade térmica podendo ser encontrado em pós para moldagens por compressão ou extrusão,
para lubrificações e dispersões aquosas. Tem excelente resistência química em virtude da força
de ligação dos átomos de flúor e do carbono que lhe confere uma proteção quase que total.O
Teflon® É utilizado em uma infinidade de produtos que vão de revestimentos anticorrosão,
placas e chapas antiadesivas, fitas, películas, isolantes para cabos coaxiais, placas, tarugos, juntas
industriais, materiais de vedação, etc.
Palavras-chave: Politetrafluoretano. Teflon®. Termoplásticos. Fluoroplásticos. PTFE.
1 INTRODUÇÃO
Em 1938, Roy Plunket (1910-1994) observou um pó branco dentro de um cilindro que
originalmente continha gás tetrafluoreto de eteno, descobrindo o Teflon®. (Canevarolo,2002);
Utilizando o gás refrigerante tetrafluoretileno (TFE), Plunket e seu assistente guardaram o gás
em um cilindro pressurizado mantendo-o em gelo seco; para surpresa do cientista e do assistente
no dia seguinte, o gás não saiu, então o cilindro foi cortado no meio e estava completamente
revestido com um pó branco no seu interior , pois. Estudando o ocorrido, concluíram que tratava-
se de um polímero formado por cadeia de 100.000 átomos de carbono ligados a 2 átomos de
flúor (CND, 2015).
Na década de 1940, durante a Segunda Guerra Mundial, cientistas envolvidos com os
militares dos Estados Unidos se empenharam em encontrar materiais para proteger gaxetas,
válvulas e instalações contra a corrosão. O PTFE foi utilizado em uma gama de aplicações
militares, incluindo seu uso como parte do Projeto Manhattan (desenvolvimento da bomba
atômica), o que levou a um aumento do uso do PTFE e à demanda por produção em escala
internacional. Em 1954, Marc Gregoire, um engenheiro francês, descobre um processo para
aderir o Teflon ao alumínio e aplica o conceito para criar a panela antiaderente. Em 1969, Dr.
Robert Gore encontrou um meio de expandir o PTFE para formar uma membrana “microporosa”.
A nova membrana é usada para formar tecidos para roupas especiais, sendo caracterizada por
impedir que a água exterior possa entrar, sendo impermeável, e por outro lado que o suor interno
evaporado possa sair, resultando em uma vestimenta transpirável(CND, 2015).
1 Sociedade Educacional de Santa Catarina – SOCIESC. E-mail: [email protected]
2 Sociedade Educacional de Santa Catarina – SOCIESC. E-mail:[email protected]
2 POLÍMERO
Segundo Canevarolo (2002) a palavra polímero origina-se da junção das palavras em
grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição), então, completa o autor, que é um material
orgânico (ou inorgânico) de alta massa molar (acima de dez mil, podendo chegar a dez milhões),
cuja estrutura consiste na repetição de pequenas unidades (meros); uma macromolécula formada
pela união de moléculas simples ligadas por ligação covalente e, dependendo do tipo do
monômero (estrutura química), do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação
covalente, os polímeros podem ser divididos em três grandes classes: Plásticos, Borrachas e
Fibras.
Para Piatti (2005) a matéria prima que origina o polímero é o monômero, uma molécula
com uma (mono) unidade de repetição e de acordo com seu comportamento mecânico os
polímeros podem ser classificados como elastômeros, fibras, plásticos rígidos ou plásticos
flexíveis .
Observa Silva Telles (2005) que para os materiais poliméricos, os picos de temperatura,
mesmo quando de curta duração, tem efeito muito mais grave do que para os metais. Sendo que
para os poliméricos, uma única subida anormal de temperatura pode ser desastrosa e o
politetrafluoretano resiste a temperaturas bem mais altas, podendo trabalhar em temperaturas de
até 290 °C.
Para Callister (2012) a maioria dos polímeros são cadeias de átomos de carbono que
compõem moléculas muito grandes, onde vários átomos ou radicais estão lateralmente ligados e
que essas macromoléculas podem ser compostas por meros, que são entidades estruturais
menores que se repetem ao longo da cadeia. Para ele, o grau de cristalinidade de um polímero
depende da taxa de resfriamento durante o processo de solidificação, assim como da configuração
da cadeia. Ainda em Callister, aprendemos que as propriedades e o comportamento dos polímeros
são influenciados por suas características químicas e estruturais como o grau de cristalinidade dos
semicristalinos em relação à sua densidade, rigidez, resistência e ductilidade; o grau de ligações
cruzadas, em relação à rigidez dos materiais com características de borracha e pela química dos
polímeros — em relação às temperaturas de fusão e de transição vítrea.
2.2 CLASSIFICAÇÃO
Silva Telles (2005), distingue os materiais poliméricos em 3 classes: plásticos
termoplásticos (thermoplastics); plásticos termoestáveis (thermossetings que também podem ser
chamados de termofixos ou termorrígidos e nos elastômeros (borrachas). Callister (2012) propõe
classificar os materiais poliméricos em função da resposta mecânica em temperaturas elevadas,
de acordo com a sua tese, esses materiais teriam, então, duas subdivisões: termoplásticos (ou
polímeros termoplásticos) e o termofixos (ou polímeros termofixos).
Segundo Canevarolo (2002), para classificar os polímeros são usualmente empregadas
quatro diferentes classificações: a) quanto à estrutura química; b) ao seu método de preparação;
c) às suas características tecnológicas; e d) quanto ao seu comportamento mecânico. Para Fleds
(2011) os polímeros exibem dois tipos de morfologia no estado solido: amorfo e semicristalino,
podendo ser (ainda) naturais ou sintéticos. Já quanto a fusibilidade, os sintéticos podem ser
classificados em termoplásticos (podem ser fundidos por aquecimento e solidificados por
resfriamento) e termorrígidos (infusíveis e insolúveis, não permitem reprocessamento).
Quadro 1. Classificação dos Polímeros
Critério Classe dos Polímeros
Origem do Polímero Natural, Sintético
Número de monômeros Homopolímero, Copolímero
Modo de preparação do polímero Polímero de adição, Polímero de condensação.
Modificação de outro polímero
Estrutura química da cadeia polimérica Poli hidrocarboneto, Poliamida, Poliéster, etc.
Encadeamento da cadeia polimérica Sequência cabeça-cauda. Sequência cabeça-
cabeça, cauda, cauda.
Configuração dos átomos da cadeia
polimérica
Sequência cis, Sequência trans.
Taticidade da cadeia polimérica Isotático, Sindiotático, Atático.
Fusibilidade ou solubilidade do polímero Termoplástico, Termorígido
Comportamento mecânico do polímero Borracha ou elastômero; Plástico
Fonte: Mano e Mendes (1999).
2.3 TERMOPLÁSTICOS
Relata-nos Callister (2012) que os termoplásticos são fabricados através da aplicação
simultânea de pressão e calor; amolecem quando são aquecidos (e por fim se liquefazem) e
endurecem quando são resfriados e que esses processos são totalmente reversíveis. Quando
aplicada a tensão, as forças de ligação secundárias diminuem, facilitando o movimento relativo
das cadeias adjacentes quando elevada a temperatura das moléculas. Esse processo pode ser
repetido diversas vezes,. Ressalta o autor de “Ciência dos Materiais”, que se a temperatura for
aumentada a ponto de tornar violentas as vibrações moleculares, as ligações covalentes principais
se quebraram resultando em uma degradação irreversível pelo fato dos termoplásticos serem
relativamente moles e dúcteis. Para Shigley (2005) O termo termoplástico é empregado para
designar qualquer plástico que flui ou que é moldável quando recebe calor; às vezes, esse termo é
também aplicado a plásticos moldáveis sob pressão, os quais, por sua vez, podem ser remoldados
quando aquecidos.
2.4 FLUOROPLÁSTICOS
Segundo Veiga (2003), a família fluoroplásticos são resinas termoplásticas com alguns
ou todos os seus hidrogênios substituídos por átomos de flúor e é composta do
politetrafluoretileno (PTFE), do etileno-propileno fluorado (FEP), do perfluoralcooloxitileno
(ECTFE), do etileno-tetrafluoretileno (ETFE), do fluoreto de polivinilideno (PVDF), do fluoreto
de polivinila (PVF) e dos copolímeros de etileno halogenados e fluorados.
As principais características dos plásticos fluorados são sua inércia química, sua
estabilidade em altas e baixas temperaturas, excelentes propriedades elétricas e baixo coeficiente
de atrito. As resinas são relativamente moles. Sua resistência a desgastes e deformações é baixa,
porém essa característica pode ser facilmente melhorada pela mistura das resinas com fibras
inorgânicas ou materiais em partículas. Por exemplo, a resistência ao desgaste do PTFE, que é
relativamente baixa para seu uso como material de mancais é contornado pela adição de produtos
como fibras de vidro, carbono, bronze ou óxidos metálicos. Dessa forma, sua resistência ao
desgaste é melhorada em até 1000 vezes, enquanto que seu coeficiente de atrito é somente
ligeiramente aumentado (Polifluor, 2015)
Para Silva Telles (2005, da família dos fluoroplásticos fazem parte um grupo de
plásticos não combustíveis com resistência química superior aos demais plásticos e sua
resistência à temperatura, afirma o autor, vai de -170° a 290°. A resistência mecânica desses
materiais é bastante baixa e o seu preço é elevado, possuem ótima resistência à abrasão e seu
coeficiente de atrito é baixo; são inertes a quase todas as substâncias químicas comerciais.
2.5 PTFE
Fleds (2011) classifica O PTFE na categoria dos fluoropolímeros, que vem a ser um
polímero baseado em fluorocarbonos com fortes ligações carbono–flúor, similar ao polietileno,
semicristalino onde os átomos de hidrogênio estão substituídos por flúor, a fórmula química do
monômero (tetrafluoretileno) é (CF2)2, e o polímero (politetrafluoretileno) é (CF2-CF2)n. Para o
autor, dependendo do tipo de tratamento térmico utilizado durante a fabricação, o peso
molecular do PTFE pode ser alterado através da mudança do percentual cristalino e, a depender
da pressão e da temperatura . 4 são as fases conhecidas do PTFE : pseudohexagonal, triclínico,
ortorrômbico e hexagonal, podendo ser encontrado em pós granulados para moldagens por
compressão ou extrusão ou em pós para extrusões com lubrificações em dispersões aquosas
Segundo Mano (2007) a excepcional resistência a solventes e reagentes químicos; a
elevada resistência térmica; o coeficiente de fricção muito baixo que lhe confere uma baixa
aderência e suas boas propriedades mecânicas, mesmo a temperaturas muito baixas são as
propriedades mais marcantes do TFPE e os produtos mais conhecidos fabricados com esta
substâcia são: Fluon®, Halon®, Hostaflon® e Polyfluon® que são fabricados pela ICI, pela
Allied, pela Hoescht, pela Diakin respectivamente. Além do mais conhecido que é o Teflon,
fabricado pela Du Pont que vem a ser o objeto deste artigo
Comentando sobre os motivos que levam o PTFE a ser o polímero mais usado para a
fabricação de juntas de vedação industrial, Veiga (2003) conclui que isso se dá em razão da sua
excepcional resistência química, sendo que os metais alcalinos em seu estado líquido e o flúor
livre são os únicos materiais que podem atacá-lo. Canto (2007) afirma que esta resistência
química provém da força de ligação dos átomos de flúor e carbono e a proteção quase que total
da cadeia de carbono pelos átomos de flúor
2.6 TEFLON®
Teflon® é um polímero de PTFE desenvolvido pela DuPont que, em razão da sua
excepcional resistência química, é o plástico mais usado para vedações industriais. Os únicos
produtos químicos que atacam o Teflon® são os metais alcalinos em estado líquido e o flúor
livre. O Teflon® possui também excelentes propriedades de isolamento elétrico, anti-aderência,
resistência ao impacto e baixo coeficiente de atrito. Os produtos para vedação são obtidos a
partir da sinterização, extrusão ou laminação do PTFE puro ou com aditivos, resultando produtos
com características diversas(Polifluor 2015)
Para Canto (2007), o Teflon® ainda que fazendo parte do grupo dos termoplásticos,
apresenta uma elevada viscosidade no estado fundido, mesmo em comparação com outros
polímeros, o que impede a sua utilização em moldagem por injeção e para processá-lo, são
utilizadas técnicas de compactar o pó polimérico a frio e, posteriormente, recorrendo-se à
sinterização seguida da usinagem para obtenção do produto com as dimensões finais que poderá
ser utilizado puro ou reforçado com cargas (aditivos).
3 APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
A Polifluor (2015), licenciada da Du Pont no Brasil, em publicação técnica informa que
as propriedades elétricas, químicas e mecânicas das resinas PTFE orientam na definição do seu
uso e aplicação que podem ser classificadas em cinco categorias: componentes de sistemas de
transportes de fluidos como gaxetas, peças moldadas de ajuste e vedação, anéis de vedação para
êmbolos e cotovelos; portadores de cargas estáticas e dinâmicas tais como mancais, rolamentos
de esfera e de roletes, buchas para mancais de escorregamento; condicionamentos de superfícies
tais como placas e chapas antiadesivas, fitas ou películas e filmes sensíveis a pressão,
revestimentos de cilindro contráteis sob a ação do calor; elétricas e eletrônicas tais como
isolantes para cabos coaxiais, acessórios e cabos condutores para motores, suportes para
suspensão; fiação para painéis, cabos industriais de sinalização e controle e componentes de
alimentação e distanciamento e componentes para sistemas térmicos, entre outras aplicações.
3.1 REVESTIMENTOS INDUSTRIAIS
A CND (2015), outra licenciada da patente Teflon® pela Du Pont, garante que os
revestimentos industriais por ela fabricados previnem a corrosão e normalmente não são afetados
em ambientes químicos e somente os metais alcalinos em estado de fusão e os agentes fluorados
altamente reativos podem afetá-los quimicamente. Possui grande resistência ao calor, o que
permite a sua utilização em altas temperaturas sendo possíveis trabalhos contínuos em
temperaturas intermitentes até 315°C sem perda das propriedades físicas; sua estabilidade
criogênica previne a formação de gelo; podem ser usados a baixas temperaturas como -230°C;
suas propriedades dielétricas os tornam um ótimo isolante elétrico ou condutivo e oferecem
excelentes propriedades isolantes, baixo fator de dissipação e alta resistividade superficial.através
de técnicas especiais, podem ser eletrocondutivos e usados como revestimentos anti-estático, a
sua ótima resistência dielétrica o torna um excelente isolante elétrico também em altas
temperaturas, baixo coeficiente de fricção; lubrificação a seco permanente, tem o mais baixo
coeficiente de fricção de qualquer sólido conhecido, que varia de 0.05 a 0.20.dependendo da
carga, velocidade e tipo de revestimento Teflon® utilizado, em virtude da sua aderência, previne
o acúmulo e a fixação de resíduos, oferecem, ainda, uma rápida e completa desmoldagem do
material, poucas substâncias se aderem permanentemente a este revestimento, e oleofobia /
hidrofobia (não se molham), prevenindo o acúmulo de óleos e líquidos, limpeza é mais fácil e
não há resíduos e podem ser auto-limpantes, em alguns casos.
Tabela 2- Propriedades Físico - Químicas dos Revestimentos Industriais Teflon® da DuPont
Propriedades
Físicas
Coeficiente
de Atrito
Dinâmico
Unidade
-
Teflon®
PTFE
0,05 - 0,10
Teflon®
FEP
0,08 -
0,30
Teflon®
PFA
0,1
Teflon®
ETFE
0,30 -
0,40
Teflon®-
S
-
0,1 - 0,4
Teflon®
Mét.
A.S.T.M
-
D 1894
Estático - 0,12 - 0,15 0,12 -
0,20
0.20 0,24 -
0,50
0,15 -
0,35
D1894
Dureza Shore D 50-65 56 60 72 60-90 D785
Elongação % 300-500 325 300 300 1-150 D1708
Gravidade
Específica
¨ 2,15 2,15 2,15 1,76 - D792
Módulo de
Flexão
MPa 496 586 586 2 - -
Resist. à
Abrasão
(Sliding
Arm)*
mg 7,9-9,7 11,1-15,2 N/D 13,4 N/D -
Resistência
à Intempérie
Muito
Bom
Excelente Excelente Excelente Limitado -
Resistência
à Tração
MPa 21-34 23 25 40-46 20-80 D638
Resistência
ao
Dobramento
ciclos >1.000.000 5.000-
80.0000
10.000-
500.000
10.000-
27.000
- D2176
Resistência
ao Impacto
J/m 189 Não se
rompe
Não se
rompe
Não se
rompe
- -
Resistência
ao Risco
- -
Inicial ** Kg 5,7-7,0 5,1-11,4 N/D N/D - -
Total *** Kg 7,3 - 10,7 8,5 - 13,2 N/D N/D - -
Absorção de
Água (em 24
hrs)
% <0,01 <0,01 <0,03 <0,03 - D570
Resistência
a
Detergentes²
- -
em Aço
Jateado
h 24 480 N/D N/D - -
em
Alumínio
h 264 744 N/D N/D - -
em
Alumínio
Jateado
H 624 600 N/D N/D - -
Fonte CND Revestimentos (2015)
Observações
* Teste de Sliding Arm: 1.000 ciclos, carga de 500g,
lixa 400, superfície de 35,5 cm²
* * Primeiro traço do substrato * * * Remoção total do filme
* * * *Baseado num ciclo de teste de 20.000 horas
1 - 5% NaCl a 35°C, horas de exposição até a falha
2- Horas de exposição até a falha
N/D- Não Disponível
3.2 JUNTAS INDUSTRIAIS
Segundo Veiga (2003), 4 são os fatores básicos que influenciam na escolha do material
de uma junta industrial: pressão de operação, força dos parafusos, resistência ao ataque químico
do fluído (corrosão) e a temperatura de operação; sendo que o fator de serviço (Pressão X
Temperatura) é um bom ponto de partida para selecionar o material de uma junta. Segundo o
mesmo autor, ele é obtido multiplicando-se o valor da pressão em kgf/cm² pela temperatura em
graus centígrados. O PTFE possui também excelentes propriedades de isolamento elétrico, anti-
aderência, resistência ao impacto e baixo coeficiente de atrito. Os produtos para a vedação são
obtidos a partir da sinterização, extrusão ou laminação do PTFE puro ou com aditivos, resultando
produtos com diferentes características.
Diversos tipos de placas de PTFE são usadas na fabricação de juntas para aplicações nas
quais é necessária elevada resistência ao ataque químico; prossegue o autor (Veiga, 2003),
afirmando que a resistência à corrosão pode ser influenciada por vários fatores, principalmente:
pela concentração do agente corrosivo, pois nem sempre uma maior corrosão torna um fluído
mais corrosivo; pela temperatura do agente corrosivo, pois em geral, temperaturas mais elevadas
aceleram a corrosão e pelo ponto de condensação, pois a passagem do fluído com presença de
enxofre e água pelo ponto de condensação, provocam a formação de condensados altamente
corrosivos, quando os gases são provenientes de combustão.
3.3 FITAS EXPANDIDA COM ADESIVO
As fitas expandidas fabricadas com TPFE e adesivadas com silicone simples-face com
alta resistência à abrasão e a altas temperaturas, com espessuras variando entre 0,09 a 0,17 mm,
suportam temperaturas que vão de – 73 a 204 °C sendo usadas como elemento antiaderente de
máquinas seladoras de embalagens plásticas e em peças injetadas, para selagem e mascaramento
em que necessite de resistência química e como revestimentos de: esteiras de transporte de
alimentos, antiabrasivo em calhas e dutos de transporte de produto em processo, de cilindro de
máquinas de extrusão a quente de polietileno, de cilindros de borracha ou aço para evitar abrasão
e aumentar o deslizamento (indústria de embalagens, de papel e têxtil), de cabos e outros
componentes que deverão estar sujeitos a alta temperatura, de cilindro de máquinas de extrusão a
quente de polietileno, de esteiras e guias que necessitem de superfície antiaderente (3 M, 2015).
São fabricadas através de processo especial a partir de 100% PTFE expandido, tendo
sua estrutura a base de fibras uniformes e alinhadas em uma única direção. As fitas planas são
excelentes para vedações em locais frágeis (como por exemplo, alumínio fundido, PVC, PRFV,
cerâmica, vidro, entre outros), são facilmente adaptáveis em qualquer tipo de união flangeada,
mesmo com grandes irregularidades e possuem fita adesiva para posicionamento da fita ao local
da aplicação. Podem ser aplicadas nas mais severas condições de serviço, principalmente em
fluidos quimicamente agressivos (3 M, 2015).
CONCLUSÃO
O Politetrafluoretileno (PTFE) oferece uma excelente combinação de propriedades
químicas, elétrica, mecânica e térmica. Resiste à agentes corrosivos, é quimicamente inerte.
Poucos são os produtos capazes de alterar sua estrutura, nada adere a sua superfície, mas, sendo
necessário, com um tratamento superficial, pode se tornar aderente a qualquer outro material. É
atóxico, resistente à temperaturas variadas de -230°C a 315° e é um excelente isolante elétrico.
Suas características originais podem ser alteradas com a adição de cargas de alguns materiais,
entre eles: o bissulfeto de molibdênio, o bronze, o carbono, a fibra de vidro e o grafite. A
pulverização líquida ou a pó é o processo mais conhecido de revestimento de metais com
Teflon®, que é feito por sinterização em alta temperatura (cerca de 400°C) formando uma fina
camada sobre o metal que vai de 12 a 500 miligramas dependendo das exigências requeridas pelo
material a ser revestido.
O Teflon® é largamente utilizado nas indústrias química, aérea, aeroespacial, de
transporte e movimentação de cargas, de tecnologia nuclear e de vácuo, de instrumentação,
alimentícia, eletroeletrônica, automotiva e em outras ramificações da indústria para revestimentos
de tanque, corpo de bombas, pistões, sondas, peças de deslize, conectores, sede de válvulas,
vedações, chapa de filtro, anéis de vedação, assento de válvulas, selos mecânicos, gaxetas,
retentores, mancais, camisas de válvulas, diafragmas, tensores de corrente, guias, cintas tipo
cunha, isoladores, parafusos, buchas, rolos, porcas, arruelas, tecnologia laser, medicina, filtros
para tratamento de água, películas antiderrapantes e inúmeros outros produtos.
Comparado com outros materiais, o Teflon® pode ser considerado como pouco
conhecido e pouco utilizado em processos industriais. Em princípio são considerados onerosos,
mas o aumento da vida útil das máquinas, peças e equipamentos revestidos são algumas das
vantagens do uso desta tecnologia que compensam os investimentos aplicados.
REFERÊNCIAS
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