Prevenção do fluxo de frio e da fluência em componentes PE de suporte de carga

Se utilizar PE ou Blocos PEAD como almofadas, revestimentos ou peças de rolamentos, talvez já tenha visto isto:
a peça parece perfeita no primeiro dia, mas passados alguns meses a superfície “flui” para os lados, os parafusos assentam mais fundo e aparecem lacunas.

Isso é rastejar e fluxo frio.
E quando isso acontece, não se perde apenas a aparência, perde-se também a margem de segurança.

Neste artigo, vamos falar sobre como manter o seu componentes PE de suporte de carga em forma, e como Borracha de Dongxing utiliza este pensamento quando fornece folhas de PEAD e peças personalizadas.

O que é a fluência e o fluxo a frio em componentes de PE que suportam carga?

Creep é deformação lenta e permanente sob carga constante.
A carga não é muito elevada, mas nunca desaparece.

Para os metais, a fluência é sobretudo uma questão de alta temperatura.
No caso do PE e do PEAD, a fluência ocorre mesmo à temperatura ambiente, especialmente sob carga morta.

O fluxo frio é a forma como os utilizadores descrevem frequentemente o que vêem:

• bordos de uma almofada PEAD cogumelo para fora ao longo do tempo
• os orifícios dos parafusos tornam-se um pouco oval
• uma superfície plana desenvolve uma prato no meio

Pontos importantes para a conceção:

• A fluência depende de nível de stress, tempo, e temperatura
• O PE “lembra-se” do histórico de carga - os plásticos não se esquecem da carga tão facilmente
• Não se pode projetar apenas a partir de uma curva tensão-deformação de curto prazo

Portanto, o seu objetivo é simples:
manter a tensão e a temperatura suficientemente baixas e apoiar a peça para que não se possa espremer lentamente.

Tensão limite e temperatura em chapas de PEAD

Para arrepiar, tensão média é mais importante do que um pico único.
Os designers gostam de falar sobre fator de segurança e orçamento de rastejamento aqui.

Regras gerais (não se trata de uma norma, apenas de sentido técnico):

• tensão mais baixa = fluência mais lenta
• temperatura mais elevadaen = fluência mais rápida
• necessidades de longa duração (mais de 10 anos) stress muito conservador

Pode utilizar um mapa simples como este quando pensar nas suas almofadas e placas de PEAD:

Apenas para mostrar a tendência. O projeto real deve utilizar os dados reais de fluência dos ensaios de materiais.

Utilize este quadro como uma “verificação de sanidade” rápida.
Se vires que estás no células do lado direito / fundo, o creep será o vosso convidado diário.

Então, o que pode ser ajustado?

• Aumentar a área de contacto → tensão superficial inferior
• Aumentar a espessura onde a compressão é elevada
• Evitar montar o PEAD demasiado perto de tubos quentes, motores, fornos

Para trabalhos pesados e de longa duração, não se pretende uma peça “apenas OK”.
Querê-lo um pouco exagerado.

Apoiar corretamente as peças de PE: Não há almofadas autónomas

Um erro clássico: um Almofada de PE espessa isolada, carregado como uma coluna curta.

O PE não é aço.
Se o deixarmos sozinho com uma carga morta elevada, ele saliência lateral lentamente.

Utilizar um suporte de aço e restrições laterais

Um esquema mais robusto tem o seguinte aspeto:

• Folha de PEAD sobre uma placa de aço → o aço suporta a flexão, o PE suporta o contacto e o impacto
• Batentes laterais ou armação para impedir que a folha “saia”
• Parafusos suficientes para que a carga seja partilhada, e não toda num único “ponto quente”

As pessoas no terreno chamam-lhe um “Regra ”sem PE independente.

Bons cenários:

• Almofadas de proteção: Placa de revestimento em PEAD aparafusada a um suporte de aço
• Almofadas para estabilizadores de gruas: Camadas de PEAD ensanduichadas com aço ou, pelo menos, almofadas de aço pesado sob o plástico
• Pés da máquina: Revestimento em PEAD dentro de um sapato de aço, e não apenas sentado livremente no betão

Quando conceber a sua próxima peça, basta perguntar:

“Se eu deixar este bloco de PEAD sozinho durante 5 anos sob esta carga morta, para onde é que ele vai fluir?”

Se a resposta for “empurra para fora da estrutura”, continua a precisar de mais apoio.

Espalhar a pressão de contacto para evitar pontos quentes de deformação

O arrepio começa onde o stress é mais elevado.
Em muitos casos, não se trata de uma área média, mas sim de uma carga pontual ou um contacto de linha.

Situações típicas de “focos de stress”:

• Um pé de aço estreito que pressiona uma almofada plana de PEAD
• A cabeça do parafuso ou a anilha são demasiado pequenas, mordendo a superfície
• Tapete de proteção do solo assente sobre uma borda de pedra em vez de solo plano

Para controlar esta situação, pode:

• Utilização anilhas maiores ou placas de distribuição de carga
• Moldar o pé de aço e a almofada de PE de modo a ficarem iguais → mais área, menos pressão
• Adicionar costelas ou uma segunda camada para repartir a carga por mais superfícies

Para o seu proteção do solo e tapetes de estrada, isto significa:

• Pense no superfície de contacto da roda, e não apenas a espessura do tapete
• Evitar que os tapetes assentem sobre três pedras pequenas; dar-lhes uma base mais sólida
• Para máquinas de rastos, certifique-se de que o padrão do tapete e a conceção do tapete não criam cargas pontuais absurdas

Basicamente, está a caçar e a matar pontos de pressão antes que eles matem o vosso tapete.

Seleção de graus e compostos de PE resistentes à fluência

Nem todas as PE se comportam da mesma forma sob carga de longa duração.

Algumas diretrizes rápidas:

• PEAD: bom equilíbrio entre rigidez e resistência, comum para almofadas e folhas
• UHMWPE: excelente desgaste, muito bom para deslizamentos e choques, mas é necessário um bom apoio
• Graus preenchidos (vidro, minerais): frequentemente mais rígidos, menos fluência, mas talvez menos resistentes ao impacto

Para blocos de suporte de carga, almofadas para estabilizadores, e folhas de PEAD sob carga estática, é normalmente desejável:

• maior densidade
• maior cristalinidade
• um tipo que é testado quanto à fluência e não apenas quanto à resistência à tração

É aqui que um produtor como Borracha de Dongxing ajuda:

• Sabemos quais são Folhas de PEAD almofadas de longa duração
• Fazemos corresponder o grau ao ciclo de trabalho: suporte ligeiro, grua pesada, guarda-lamas de bombordo, travão de pista, etc.

Não é necessário tornar-se um cientista de polímeros.
Mas deve informar-se junto do seu fornecedor sobre curvas de fluência e dados a longo prazo, e não apenas “este PEAD é forte?”.

Projetar com dados de fluência a longo prazo e não apenas com um ensaio

Um único ensaio de tração a 23 °C não diz quase nada sobre Deformação a 10 anos.

Para componentes de suporte de carga sérios, é necessário, no mínimo:

• Módulo de deformação versus tempo (1 h, 10 h, 1000 h...)
• Dados no seu temperatura real de trabalho
• Dados a níveis de tensão próximos da tensão de projeto

Os engenheiros falam por vezes de “orçamento de arrastamento”:

• Qual a deformação permanente que esta peça pode aceitar durante a sua vida útil?
• 0,5 mm? 2 mm? 10 mm?

Se conhecermos o orçamento, podemos ler a curva de evolução e dizer:

• “A 4 MPa e 30 °C, ao fim de 5 anos ainda nos mantemos dentro de 1 mm de deformação. ESTÁ BEM.”
• Ou “A 8 MPa e 50 °C, esta peça ultrapassa largamente o nosso orçamento. Precisamos de uma tensão mais baixa ou de uma disposição diferente”.”

Para muitos clientes, Borracha de Dongxing não vende apenas um bloco.
Também verificamos:

• carga por almofada
• tamanho e padrão dos parafusos
• vida útil prevista, como 5-10 anos

Em seguida, sugerimos a espessura, o grau e, por vezes, até o design da estrutura, para que o comportamento de fluência permaneça sob controlo.

Cenários do mundo real com as chapas de borracha PEAD da Dongxing

Vamos terminar com alguns casos simples, de estilo real.

1. Almofada de guindaste que se afunda lentamente

Coloca-se uma grua sobre blocos de PEAD.
O primeiro dia parece ótimo.

Depois de uma época, está a ver:

• fluxo de bordos de almofada,
• O pé de metal deixa uma “impressão” profunda,
• é mais difícil nivelar a grua.

Porquê? O stress é demasiado elevado numa zona pequena, talvez de clima quente.

Ideias de correção:

• maior dimensão da almofada → menor tensão superficial
• placa de suporte em aço sob PEAD
• adaptar melhor a forma do pé à almofada

Este é exatamente o tipo de trabalho em que o nosso Folhas de PEAD são cortados e laminados em almofadas de várias camadas.

2. Esteiras de proteção do solo para eventos repetidos

Colocam-se tapetes na relva para camiões e elevadores.
No início, tudo é plano.

Mais tarde, vêem-se “ondas” e cópias de cio no tapete.
Parte disso é solo, parte é fluência do plástico sob carga morta repetida.

Como melhorar:

• escolher um tapete mais espesso ou mais rígido
• sub-base de controlo (não assente em rochas pontiagudas)
• verificar a carga da roda e a área de contacto, e não apenas o peso total do camião

Aqui, os clientes dizem muitas vezes “precisamos de tapetes para pôr e esquecer”.
Na realidade, são necessários tapetes concebidos com um pouco de exagero sobre o nível de stress e de apoio.

3. Pista de gelo ou placas desportivas inclinadas para o exterior

As placas utilizam o revestimento PE ou UHMWPE como traçador.
Se o apoio for fraco, os painéis começam a inclinar-se um pouco para fora após muitas épocas.

Pensa-se em “problema de estrutura”.
Muitas vezes é também fluxo a frio de camadas de PE e espuma atrás.

Melhor conceção:

• rigidez correta do quadro
• chapa PE ou PEAD mais rígida para a zona de impacto principal
• apoio mais homogéneo por detrás do toldo, menos folgas

Mais uma vez, trata-se de apoio + stress, e não apenas do nome material.

Em suma, prevenção do fluxo de frio e da fluência em componentes PE de suporte de carga não é mágico:

1. Manter stress e temperamento sob controlo.
2. Nunca deixe o PE sozinho - dê-lhe suporte de aço e suporte lateral.
3. Matar pontos de pressão antes que eles matem o seu bloco.
4. Escolher graus de PE resistentes à fluência e pedir dados a longo prazo.

Se já luta com almofadas, tapetes ou tábuas deformadas, pode enviar o seu desenho e condições de trabalho para Borracha de Dongxing.
Podemos analisar os seus níveis de tensão, sugerir uma melhor qualidade e disposição da folha de PEAD e ajudá-lo a construir peças que se mantenham em forma durante muito tempo e não apenas nas primeiras fotografias.