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Previous issue date: 2016-03-07 === Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) === Polytetrafluoroethylene (PTFE) has excellent properties such as chemical inertness
and useful mechanical properties at high and low temperatures. After melt,
the PTFE viscosity is so high that the extrusion and injection processing are impracticable.
Alternatively, the PTFE powder is cold pressed and sintered. During
the sintering, heterogeneous temperature distributions may occur because of the
low thermal conductivity of PTFE and induce thermal stresses. Cracks will be
initiated if such stresses exceed the failure one. Considering the raw material
cost (10 US$ kg−1)) and its density (2,2 g cm−3) cracks in the sintered PTFE may
cause financial losses for the manufacturing industry, which justifies the studies
about this process. The main mechanisms that cause permanent strains are
the crystallinity change and the closure of voids from the pressing, which makes
the satisfactory modeling of the PTFE sintering be complex. This work aims to
characterize the strains assigned to the crystallinity changes and develop a computational
model with such mechanism concerning the sintering of PTFE parts
shaped by cold pressing. An experimental apparatus for the application of optical
dilatometry assisted by Digital Image Correlation (DIC) was developed and used
to estimate the specific volume of the amorphous and crystalline phases during
sintering. The model was implemented using the UEXPAN AbaqusTM sub routine
and model’s variables were obtained from literature and / or experimentally
characterized. The model was validated by an experiment with thermal gradient
induced strains in a PTFE specimen and the simulation results showed good
correspondence with the DIC ones. For future works, it is suggested the improvement
of the model implementing the void closure mechanism and the melting
and crystallization kinetics, hence, the characterization of material properties in
the temperature range of the process. === O politetrafluoretileno (PTFE) possui excelentes propriedades como alta resistência
química, alta capacidade de isolamento térmico e elevada gama de temperaturas
de serviço. A elevada viscosidade do PTFE no estado fundido inviabiliza
seu processamento por extrusão e injeção, portanto, recorre-se às rotas de fabricação
não tradicionais para polímeros como a prensagem a frio seguida da
sinterização do pó (ou dos pellets) do PTFE. Como o PTFE é um mau condutor
de calor, podem surgir trincas na peça devido aos gradientes de deformação
ocasionados pela distribuição heterogênea de temperatura durante a sinterização.
Isso causaria grandes prejuízos à indústria transformadora ao se considerar
o custo da matéria prima (10 US$ kg−1) e sua densidade (2,2 g cm−3), o que
justifica estudos acerca do processo de sinterização. Os principais mecanismos
que causam deformações permanentes são a variação do grau de cristalinidade,
a qual depende das cinéticas de fusão, cristalização e degradação do PTFE, e
o fechamento de vazios provenientes da prensagem. Estes mecanismos fazem
com que a modelagem satisfatória da sinterização do PTFE não seja simples. O
objetivo deste trabalho é caracterizar experimentalmente as deformações atribuídas
à variação do grau de cristalinidade e desenvolver um modelo computacional
contendo este mecanismo para a sinterização de peças de PTFE moldadas por
prensagem isostática a frio. Foi desenvolvido um aparato para ensaios de dilatometria
óptica assistida pela técnica de Correlação de Imagens Digitais, que foi
utilizado para a caracterização dos volumes específicos das fases amorfa e cristalina
do PTFE em função da temperatura e do grau de cristalinidade durante a
sinterização. O modelo numérico foi implementado utilizando a sub-rotina UEXPAN
do software AbaqusTM e suas variáveis foram obtidas da literatura e/ou caracterizadas
experimentalmente. As potencialidades do modelo foram avaliadas
em ensaio com gradiente térmico induzido e os valores provenientes da simulação
mostraram boa correspondência com os experimentais, indicando que a
implementação foi satisfatória dentro das simplificações utilizadas. Como perspectivas,
destacam-se a sofisticação do modelo pela implementação do mecanismo
de fechamento de vazios e das cinéticas de fusão e cristalização, bem
como obtenção de propriedades do material que não foram encontradas na literatura
para o intervalo de temperaturas do processo. === CNPQ: 130970/2014-0
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