Uma peça de nylon pode ser aprovada na inspeção logo após a moldagem, mas apresentar ajuste diferente após armazenamento em ar úmido ou uso em água. O desenho não mudou, mas o teor de umidade do material mudou. A poliamida absorve água para dentro do polímero; a mudança resultante na mobilidade e no espaçamento das cadeias pode alterar as dimensões, bem como a rigidez e o comportamento ao impacto. A variação dimensional depende da grade exata, do reforço, da geometria, da umidade, da temperatura e do tempo. Não é possível atribuir uma “porcentagem universal de expansão do nylon”.
Este artigo explica o mecanismo e fornece uma maneira prática de medi-lo. Ele aborda a exposição à umidade pós-moldagem, que é distinta da secagem dos pellets antes da moldagem por injeção.
O que realmente acontece quando o náilon absorve umidade?
O PA6 e o PA66 contêm grupos amida que interagem com a água. À medida que a água penetra no polímero, ela altera as interações intermoleculares e atua como plastificante. Sob condições normais de condicionamento, uma peça pode ficar menos rígida e mais dúctil, enquanto suas dimensões aumentam. A absorção também leva tempo: uma camada superficial fina pode estar mais úmida do que o núcleo antes que a distribuição da umidade se equilibre. A taxa e o nível de equilíbrio dependem das condições de exposição e da espessura da parede. O catálogo técnico Ultramid da BASF documenta as mudanças nas dimensões e nas propriedades mecânicas em suas próprias grades de PA.
Inchaço por umidade e hidrólise são mecanismos de falha distintos. O condicionamento normal por umidade altera o estado físico e pode ser parcialmente revertido pela secagem sob condições adequadas. A exposição prolongada à água quente ou a meios agressivos também pode causar degradação química; a secagem não repara cadeias poliméricas rompidas. Temperatura, composição do líquido, carga e duração determinam se esse risco é relevante. Uma peça que cresce ligeiramente, mas permanece resistente, exige uma resposta diferente daquela que se torna frágil ou perde resistência. Consulte nosso guia de seleção de náilon para tratamento de água para questões específicas de materiais por aplicação. A BASF discute o efeito da água na rigidez e na resistência em seu orientação sobre resistência química.
Por que a variação dimensional pode ser difícil de prever?
O estado no qual a dimensão do desenho é verificada é importante. “Como moldado”, “seco”, “condicionado em atmosfera especificada” e “após imersão em água” descrevem diferentes estados do material. Um resultado de imersão em água não deve ser substituído para uma peça que passa sua vida útil em ar moderadamente úmido. Da mesma forma, um corpo de prova de laboratório pode não representar uma peça espessa, com nervuras, estresse local e várias seções de parede.
A BASF informa que, para suas grades Ultramid A e B não reforçadas sob distribuição uniforme de umidade, o aumento médio do comprimento é de cerca de 0,2–0,3% por 1% de água absorvida. O mesmo folheto afirma que, para suas grades reforçadas com fibra de vidro, a variação de comprimento ao longo da orientação das fibras é inferior a 0,1% por 1% de água absorvida. Estes são exemplos publicados para esses materiais e condições, não tolerâncias ou coeficientes de projeto para as grades Jinsu. A direção transversal às fibras e o padrão de fibras de uma peça real devem ser medidos separadamente. Folheto Ultramid da BASF, “Absorção de água e estabilidade dimensional”
Para um recurso de 100 mm, uma variação de 0,2% corresponderia a 0,20 mm. Isto é uma demonstração aritmética de por que uma pequena porcentagem importa na escala de montagem; não é uma variação prevista para a sua peça. Encaixe de rosca, superfícies de vedação, assentos de rolamento e engate por encaixe podem ser sensíveis a variações menores que um milímetro.
30% de fibra de vidro resolve o problema?
A fibra de vidro geralmente restringe a variação dimensional na direção do alinhamento das fibras. Ela também pode tornar a resposta dimensional direcional. Em uma peça moldada por injeção, a orientação das fibras é afetada pelo ponto de injeção (gate), caminho de fluxo, espessura da parede e linhas de solda. Portanto, um único valor escalar de “expansão por umidade” não consegue descrever todas as características de um componente em PA6 GF30 ou PA66 GF30.
O reforço também não torna a matriz de poliamida imune à água. Por exemplo, a ficha técnica separada da Ultramid B3EG6 da BASF identifica esse material como um grau de PA6 reforçado com 30% de fibra de vidro e lista valores de absorção de umidade de 2,1% a 50% de umidade relativa e 6,6% na saturação, conforme seu relatório baseado na ASTM D570. Esses números descrevem aquele grau específico da BASF, não todos os compostos de PA6 GF30. Eles demonstram por que a umidade de serviço e a condição de teste devem ser informadas junto a cada número de absorção de umidade. Ficha técnica BASF B3EG6
Se uma peça com carga de fibra de vidro apresentar empenamento durante o armazenamento, verifique a umidade e a orientação das fibras, as tensões internas residuais e as seções de espessura não uniformes. Uma mudança dimensional direcional pode ser causada pela combinação de vários efeitos; a alteração não deve ser atribuída apenas à absorção sem medições adequadas.
Retração de moldagem, expansão térmica e inchamento por umidade não são o mesmo valor
A retração de moldagem descreve a diferença dimensional criada durante a moldagem e o resfriamento sob condições de teste especificadas. A expansão térmica refere-se à variação de temperatura. O inchamento por umidade refere-se à absorção de água após a moldagem. Fluência sob carga sustentada e degradação química podem adicionar outras variações. Portanto, a faixa de retração de moldagem de uma ficha técnica não é a resposta para “Quanto esta peça acabada crescerá em um armazém úmido?”
Ao avaliar um vazamento ou uma falha de montagem, registre as dimensões da peça, massa, temperatura, umidade, tempo de uso e histórico de carga. Medir uma peça molhada que falhou apenas em comparação com o desenho pode ocultar o ponto em que ocorreu a deriva dimensional.
Um plano de ensaio prático para uma peça de nylon com tolerâncias críticas
- Defina a faixa de condições de serviço. Registre a temperatura de operação e armazenamento, umidade relativa ou contato com líquidos, tempo de exposição, carga e o ajuste crítico ou vedação. Decida se a peça será inspecionada no estado seco, condicionado ou após exposição em serviço.
- Identifique o composto exato. Obtenha a FDS atual e verifique se as propriedades relatadas referem-se ao estado seco, condicionado ou imerso. Registre o tipo de polímero, teor de fibra de vidro, outros cargas, cor e qualquer pacote de estabilização. A mesma designação “PA66 GF30” pode cobrir formulações diferentes.
- Estabeleça um estado inicial repetível. Registre o lote de produção, parâmetros de moldagem, histórico de condicionamento, massa e dimensões críticas. Use os mesmos locais de medição e instrumento para cada ponto temporal.
- Condicione tanto os corpos de prova quanto as peças reais. Inclua uma condição controlada de ar úmido relevante para o uso e uma exposição à água ou meio apenas se a aplicação exigir. Documente temperatura, umidade ou líquido, espessura do corpo de prova e tempo. ISO 62:2008 descreve métodos de absorção de água para corpos de prova plásticos definidos em água ou ar úmido; ISO 291:2008 trata das atmosferas controladas para condicionamento e ensaios.
- Meça massa e dimensões ao longo do tempo. Registre comprimento, largura, espessura e características funcionais separadamente. Verifique ambas as direções, na direção do fluxo e transversal ao fluxo, para uma peça carregada com fibra de vidro. Pare o ensaio quando a duração definida pela aplicação ou o critério de estabilização acordado for atingido; não presuma que 24 horas representem o equilíbrio.
- Verifique a função, não apenas o paquímetro. Teste a força de montagem, torque, taxa de vazamento, folga elétrica ou outra característica que determine efetivamente a aceitação da peça. Se a exposição for quente, prolongada ou quimicamente agressiva, avalie também a retenção de resistência, além do tamanho.
Para a absorção de umidade relativa à massa seca inicial definida, calcule ganho de massa (%) = (massa após exposição − massa seca inicial) ÷ massa seca inicial × 100. Para uma característica específica, calcule variação dimensional (%) = (dimensão após exposição − dimensão inicial) ÷ dimensão inicial × 100. Mantenha o estado inicial e a condição de exposição junto a cada resultado. Se a peça não estiver inicialmente seca, rotule o cálculo como variação a partir desse estado inicial, em vez de “absorção de água”.
ISO 15512:2019 abrange a determinação do teor de água em plásticos, incluindo grânulos e artigos acabados; distingue explicitamente isso do comportamento de absorção medido sob a ISO 62. Um resultado para um método não substitui o outro.
Como a seleção de materiais deve mudar?
Primeiro, determine quanta deriva dimensional o conjunto pode tolerar ao longo da sua vida útil. Em seguida, compare compostos específicos sob as mesmas condições de umidade e ensaio. As opções podem incluir uma grade reforçada de PA6 ou PA66, uma formulação selecionada para exposição à água ou outro poliamida com perfil de absorção de umidade diferente. Nenhuma deve ser aprovada apenas porque uma família de polímeros é descrita como “baixa absorção”.
Quando a preocupação for a durabilidade em água quente, verifique os dados reais de envelhecimento e retenção de propriedades da grade específica. A descrição “resistente à hidrólise” não garante automaticamente baixa expansão por umidade, e menor expansão não estabelece, por si só, resistência à hidrólise a longo prazo. Para uma peça em contato com água, verifique cada requisito independentemente.
Se você estiver escolhendo entre grades de nylon para uma peça de tolerância apertada, revise nossos materiais PA6 e PA66 ou envie-nos o desenho, as tolerâncias e as condições de serviço. Podemos recomendar grades candidatas e um plano de testes de amostra; a escolha final deve ser validada na sua peça e no seu processo.
Perguntas frequentes
A secagem dos pellets de nylon impedirá que a peça final cresça posteriormente?
Não. A secagem dos pellets trata da umidade antes da moldagem. Após a moldagem, a peça pode absorver umidade do ambiente até atingir um estado dependente das condições. Tanto a umidade de processamento quanto a de serviço devem ser controladas, mas em etapas diferentes.
A absorção de água é sempre permanente?
A captação comum de umidade é um processo físico e pode ser parcialmente reversível. Uma mudança apenas na massa ou nas dimensões não prova dano permanente. Exposições repetidas à água quente, produtos químicos agressivos ou estresse sustentado podem introduzir alterações adicionais, potencialmente irreversíveis; teste essas situações separadamente.
Posso usar o número de “absorção de água em 24 horas” do fornecedor como minha tolerância dimensional?
Não. O percentual de massa de água absorvida e o percentual de variação de comprimento são medições diferentes. Um teste de 24 horas também pode não refletir o equilíbrio ou a espessura real da parede e as condições de serviço da sua peça.
O PA6 GF30 e o PA66 GF30 apresentam o mesmo comportamento de umidade?
Necessariamente não. A química da resina, a formulação do grau, a quantidade e orientação das fibras e as condições de exposição são fatores importantes. Compare os graus exatos do fornecedor nos estados seco e condicionado que correspondam à sua aplicação.