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Polímeros de Alta Performance para Aplicações no setor de Petróleo e Gás
Bruno Balico dos Santos
11/08/2014
Hoechst Life Sciences Hoechst Industrial Chemicals
+ C H E M I C A L S
Hoechst Life Sciences Hoechst Industrial Chemicals
+ C H E M I C A L S C H E M I C A L S C H E M I C A L S
HISTÓRICO CELANESE
1997-1999
Out, 2013
• Materiais de engenharia
• Derivados de celulose
• Intermediários químicos
• Aditivos para alimentos
• Polímero EVA
• Emulsões poliméricas
1999 – Set, 2013
A Celanese é uma empresa global de
materiais especiais e tecnologia
► Produzimos produtos químicos e materiais avançados
utilizados em produtos de consumo e aplicações industriais
► Nossos produtos possuem posições de liderança global
► Sede em Dallas, Texas
► Aprox. 7.600 funcionários no mundo todo
► Vendas líquidas de US $ 6,5 bilhões em 2013
Oberhausen, Germany
Industriepark
Hoechst, Frankfurt,
Germany
Suzano, Brazil
Wilmington, NC
Shelby, NC
Winona, MN
Florence, KY
Bishop, TX
Alcance Global – Recurso Local
Kaiserslautern,
Germany
Celanese
Strategic Affiliates
Al Jubail,
Saudi Arabia
Produtos e serviços consistentes em todo o mundo
Ventures of Affiliates
Auburn Hills, MI
São Paulo, Brazil
Sulzbach, Germany Nanjing, China
Seoul, Korea
Kuantan, Malaysia
Nantong, China
Fuji City, Japan
Dafa, Taiwan
Shanghai, China
Tokyo, Japan
Engineered Materials
A Business of Celanese
Celanese Net Sales 2013
$6.5 Billion
Intermediários Químicos
43%
Consumo 18 %
Materiais de Engenharia
20 %
Industrial 19 %
2012 EM Vendas
$1.3 Billion
Funcionários
1,900+
No Brasil temos 70 funcionários
Escritório na região da Av. Paulista
Fábrica, laboratório e armazém em
Suzano, SP
Amorfo Semi Cristalino
PBT
LFT
PE-UHMW
PSU
PI
PES
PAR
PPO
PC
COC
PEI
Tic Vectra®/Zenite®
Fortron®
Thermx®
Impet®
Celanex®/ Vandar®/
Riteflex®
Hostaform®/Celcon®
Celstran®/Compel®/
Factor®
GUR®
PBT
POM
LFT
PE-UHMW
LCP
PPS
PET
TI1 = Temperature Index
Polímeros de Alto Desempenho (HPP) (TI1 > 150 °C)
Polímeros De Engenharia (ETP) (TI1 90 – 150 °C)
Pre
ço
x d
esem
penho
Posição de liderança em polímeros de
engenharia e de alto desempenho
PCT
L F T
PEEK
FP
LCP
PPS PAI
PA 6/66 PPA
PCT
PET
POM
LFRT
Polímeros reforçados com
Fibras Longas Celstran® com matriz
polimérica : PP, PA,PPS,
PBT, POM e outros
conforme demanda
Celstran® Tapes
LFRT
CFR-TP
CFR-TP
TPC-ET
Fortron® PPS Estrutura e Propriedades
►Semi-cristalino
‒ Tg 90°C, TM 285°C
‒ Densidade 1,34 g/cm3
►Inerente Retardante a Chama
‒ UL94-V0, LOI > 40
►Resistência Química – Estabilidade Dimensional
‒ Combustível, Óleos, Solventes
‒ Água-glicol
►Fácil de processar
‒ Moldagem por injeção
‒ Extrusão
Polisulfeto de Fenileno (PPS)
n
Fortron® PPS Portifólio de Produtos
Grades do Polímero
►Grades sem reforço e modificado ao impacto ‒ FX4382T1 para extrusão de tubos e liners
►Grades reforçados com fibra de vidro
►Grades reforçados com fibra de vidro e carga mineral
►Grades modificados tribologicamente – aumento da resistência ao desgaste
Processos de Fabricação com Fortron® PPS:
►Extrusão
►Moldagem por injeção
►Moldagem por compressão
►Moldagem por sopro
Fortron® PPS –
Para Aplicações que Demandam:
►Alta Temperatura de uso contínuo (160°C a 240°C)
►Excelente resistência química a solventes, ácidos, bases e fluídos de petróleo sob elevadas temperaturas
►Excelente resistência a permeação a hidrocarbonetos e outros fuídos
►Resistência ao acúmulo de parafina
►Excelente propriedades mecânicas e resistência a fluência (creep)
►Elevada dureza e rigidez
►Excelente resistência a hidrólise/sem absorção de água
►Estabilidade Dimensional (baixa contração, CTE, absorção)
►Inerentemente resistente a chama (UL94 V-0)
Fortron® PPS não possui solvente
conhecido até 200°C
Resistência química com mínimo ataque ou inchaço mesmo
sob em elevadas temperaturas:
►Resiste: ácidos/bases de pH 2 a 12
►Resiste: alvejantes fortes
►Resiste: fluídos automotivos – refrigeração, transmissão e
freio
►Resiste: gases e combustíveis alternativos (metanol,
etanol)
►Resiste: Hidrólise
Dados de Permeação a CO2 C
oeficie
nte
de
Perm
eabili
dade
a C
O2
cc 1
00
m m
/ m
2 d
ay @
0%
RH
Temperatura ºC
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
60ºC 69ºC
Fortron® PPS
Nylon 11
Fortron® PPS Supera Performance do EVOH
e Nylon 12 em Combustíveis Agressívos
0
100
200
300
400
500
600
FAM A FAM A, 35% Methanol Methanol
Co
efi
cie
nte
de P
erm
eab
ilid
ad
e -
g
mm
/ m
2/d
ay
PPS
EVOH
Nylon 12
Permeabilidade a Combustível, 60°C, 4 bar
Permeação em Hidrogênio a 23°C
Dados de Permeação a Hidrogênio
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
H2
Permeação [cm3/m2 d bar]
PE PP PET Fortron® PPS Vectra® LCP
11000
7000
800 300 20
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
Re
sis
tên
cia
a T
raçã
o,
psi
PA11PVDFHDPEFortron® FX
Fortron® PPS FX4382T1
Propriedades Mecânicas – Tração no Escoam.
-30ºC (-22ºF) 23ºC (73ºF) 120ºC (250ºF)
0
5
10
15
20
25
30
0 1000 2000 3000 4000 5000
% A
lon
gam
en
to n
a R
up
tura
Tempo, Hrs.
300 F (150°C)
350 F (175°C)
400 F (204°C)
Fortron® PPS FX4382T1
Envelhecimento Térmico – % Alongamento
Dados de Transmissão de CO2 (cc/sq.m./dia)
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
FX4382T1 HT Fortron 0317HT
PEEK PVDF ECTFE
23C
37C
85C
NOTE: Sample thickness was 0.005 inches
Permeation testing was performed at MOCON laboratories
Temperatura
O baixo índice de permeabilidade do Fortron® PPS não permite a gases acumularem e formar pressão causando bolhas ou ruptura da camada externa do tubo compósito
Fortron PPS ~ 300X Menor Permeação do que o PEAD
Fortron® Fortron® Nylon PVDF PE PEX
FX4382T1 Rigido 11
Resistência a Hidrólise ++++ ++++ + ++++ ++++ ++++
Resistência a Gases ++++ ++++ +++ +++ + +
Condensados
Sour Gas Resistance +++ ++++ + ++++ ++++ ++++
Resistência a Metanol +++ ++++ + ++++ ++++ ++++
Propriedades de Barreira ++++ ++++ ++ +++ + +
Flexibilidade +++ + ++++ +++ ++++ ++++
Resistência a Temperatura 175C 200C 90C 130C 60C 100C
350F 390F 195F 266F 140F 210F
Polímeros Concorrentes em Petroleo e Gás
Fortron® FX4382T1 é um grade modificado ao impacto flexível sem qualquer
plastificante.
Fortron® PPS na Indústria de Petróleo e Gás
► Resistência a todos tipos de combustíveis, solventes, ácidos, bases em
elevadas temperaturas
► Excelente resistência a permeação de fluídos
► Excelente resistência a corrosão
► Elevada resistência ao acúmulo de parafina
► Excelente estabilidade dimensional e resistência mecânica e ao impacto em
elevadas temperaturas
► Inerentemente retardante a chama (UL 94 V-0 at 0.4mm)
► Significativamente menor densidade específica do que ao metal
Aplicações Comprovadas em Fluídos a base de Petróleo em Altas Temperaturas
Tubo de Distribuição de Fluído
Fortron® PPS FX4382T1 Liner
Peças de Bombas &
Vedação
Cilindro Guia do Sugador
Fortron® PPS
Reforçado com FV
Tubo de Aço Revestido
com Fortron® PPS
FX4382T1 Liner
Fortron® PPS para Tubulações Petrolíferas
► Tubulação Gás-Água
► Transporte de Gases
► Linhas de Coleta
► Linhas de Transmissão
► Linhas de Re-injeção
► Linhas de injeção de água
► Revestimentos de Tubos
► Tubos de produção
► Tubulação de Perfuração
► Tubulação Submersa
Revestimento de Fortron® PPS possui
Baixa Afinidade a Parafinas e Asfaltenos
Examplo
► Tubulação de metal na Virginia Oeste (EUA)
parou por vários dias
► 6 a 10 metros de tubulação compósito
preenchida com parafina
► Para limpar o tubo, a pressão foi aumentada
para 1.000 psi (69 bar) quebrando a parafina
depositada e bombeada para for a do
comprimento entupido com parafina
► A aderência da parafina ocorreu somente em
contato com aço
Há adesão de parafina para acessórios de metal não revestido
Não há evidência de adesão de parafina em tubos de Fortron® PPS
Novas Oportunidades –
Aplicações Offshore
► Riser Flexível
► Umbilicais
► Cabos Submarinos
► Equipamentos Monitoração
► Tubos p/ perfuração/extração
► Linhas de Fluxo
► Cabos conectores
Celstran® CFR-TP Termoplásticos Reforçados com Fibra Contínua
O Material de Grandes Invenções
© 2014 Celanese
Liderança em impregnação de Polímero
Décadas de Experiência em Entregar a Melhor Performance
da Fibra e Matriz Polimérica
1980s Presente
Líder da indústria na
pesquisa de
impregnação de fibra
por fusão em fitas de
termoplástico
Liderança Global em
termoplástico de fibra
longa (LFRT)
Fibras de 11-25mm
Fitas de
Termoplástico
completamente
impregnada por fibra
contínua CFR-TP
Tarugos de
Termoplástico
completamente
impregnado por fibra
contínua CFR-TPR
27
Porque Celstran® CFR-TP?
► CFR-TPs podem extender a faixa de propriedades físicas
atingível com materiais termoplásticos reforçados elevando sua
ordem de magnetude
► Extende a variedade de CFR-TPs comercialmente disponível
para incluir as mais significativas resinas, fibras e aditivos
► Melhoria da gama de métodos úteis de fabricação econômica
‒ Enrolamento, moldagem por compressão, colocação automática de
fita, reforço localizado de injeção e moldagem por sopro
► Combina fácil processamento de TPs com performance de
materiais compósitos
► Reciclabilidade e estabilidade permitindo o melhor rendimento
dos materiais
28
Compósitos Celstran® CFR-TP
Amplo Portfólio
Resinas Fibras Aditivos
► PEEK
► PVDF
► PAA/PPA
► PA (6,66,46,12)
► PPS
► PBT/PET
► PC
► PCABS
► ABS
► PPO
► TPU
► POM
► PEHD
► TPE/TPO/TPV
► PP
► Fibra de Carbono
► Aramida
► Vidro-S
► Vidro-E
► Vidro-ECR
► Cor personalizada
► Estabilização UV
► Estabilização Térmica
► Modificação de impacto
► Aparência Superficial
► Corrosão Galvânica
► Adesão a Tintas
► Partícula Condutiv
► Baixa emissão
► Lubricidade/desgaste
Reconhecida pela indústria pela capacidade de personalizar
combinações únicas de fibra, Matriz Termoplástica e Aditivos
*Todos os grades são tem desenvolvimento personalizado, dependendo dos requisitos especificos da aplicação
29
Compósitos Celstran®
Amplas Possibilidades
Pellets – Termoplasticos Reforcados com Fibra Longa (LFRT)
► ½ ” (≈ 11–12 mm)
► 1” (≈ 25 mm)
► Personalizado
Fitas de Termoplástico Reforçado com Fibra Contínua (CFR-TP)
► Rolos com largura entre
254-330 mm
► Largura padrão de fatia
da 6, 12, 25, 75 mm
► Disponível largura
de fatia
personalizada
Formas de Termoplástico Reforçado com Fibra Contínua (CFR-TP)
► Formato Personalizado
(Específico por Cliente):
‒ Circular
‒ Oval
‒ Retangular
‒ Perfis
30
Impregnação de cada filamento
Compósitos Celstran®
Impregnação de Fibra
Transferência de Conhecimento em Pellets para Tape
Granulado
totalmente
impregnado
com fibra
longa
Fita totalmente
impregnada
com fibra
contínua
Excelentes Propriedades para Novas Aplicações
Compósitos
Celstran®
Processo de
Impregnação
31
Benefícios do Compósito
Celstran® CFR-TP
► Aproveita toda a resistência das fibras reforçantes
► Eleva propriedades mecânicas específicas do LFRT a uma nova ordem de magnitude
► Seguro, eficiente, amigável ao ambiente
► Para um amplo range de aplicações
► Facilita a confecção de formatos complexos
► Todos os bem conhecidos benefícios dos termoplásticos
‒ Reprocessável
‒ Alta Tenacidade
‒ Leve Peso
‒ Reciclabilidade
‒ Resistência a Interpéries
‒ Rápido processamento
‒ Tempo de vida indefinido
‒ Ampla variedade de fibras e matrizes
32
Celstran® CFR-TP Módulo de Tração – Produtos com Fibra de Carbono
0
2,9
5,8
8,7
11,6
14,5
17,4
20,3
0
20
40
60
80
100
120
140
Mód
ulo
de
Tra
çã
o (
Mpsi)
Mód
ulo
de
Tra
çã
o (
GP
a)
Produtos de Alta Performance
33
Celstran® CFR-TP Módulo de Tração – Produtos com Fibra de Vidro
0
2,9
5,8
8,7
11,6
14,5
17,4
20,3
0
20
40
60
80
100
120
140
Mód
ulo
de
Tra
çã
o (
Mpsi)
Mód
ulo
de
Tra
çã
o (
GP
a)
Produtos de Performance Geral
34
Celstran® CFR-TP Resistência a Tração – Produtos com Fibra de Carbono
0
73
145
218
290
363
0
500
1000
1500
2000
2500
Resis
tên
cia
a T
raçã
o(k
si)
Resis
tên
cia
a T
raçã
o (
MP
a)
Produtos de Alta Performance
35
Celstran® CFR-TP Resistência a Tração – Produtos com Fibra de Vidro
0
73
145
218
290
363
0
500
1000
1500
2000
2500
Resis
tên
cia
a T
raçã
o (
ksi)
Resis
tên
cia
a T
raçã
o (
MP
a)
Produtos de Performance Geral
36
Celstran® CFR-TP Pontos Térmicos Chave de Diferentes Polímeros
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
POM HDPE PP PA6 PBT PA66 PPS PEI PEEK
Tg [
°C]
Polímeros
Tg Tm Ts
37
Celstran® CFR-TP
Comparação de Densidades
Polimeros
0,00
0,04
0,07
0,11
0,14
0,18
0,22
0,25
0,29
0,32
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
Densid
ade (
lb/in3)
Densid
ade (
g/c
c)
38
Celstran® CFR-TP Comparação de Propriedade Específica para Tração
Vantagens dos Compósitos sobre Metais
Metals
PA66-GF60 PPA-GF70
PP-GF60 PA12-GF68 POM-GF60
HDPE-GF70 PPS-GF60
PP-GF70 PPS-GF70
HDPE-AF60
PA12-SGF67
PP-CF50 PBT-CF60
PVDF-CF50
PPA-CF60 HDPE-CF65
POM-CF50
PPS-CF50 PA12-CF60
PA66-CF60 PES-CF60
PA6-CF60 PEEK-CF55
PPS-CF60
PET-CF60 PPS-CF67
Al 6061-T6 Al 2024-T3
Brass Steel A36 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000
Resis
tência
a T
ração E
specíf
ica -
σ/ρ
(M
Pa/(
g/c
c))
Módulo de Tração Específico - E/ρ (MPa/(g/cc))
Fibra de Vidro
Fibra de Carbono
39
CFR-TP para Tubos de Petróleo e Gás
Tubos Compósitos
► Tubo Termoplástico Reforçado
► Tubulação enrolável para aplicação off
shore de Petróleo e Gás
‒ Excelente resist. a corrosào,
permeabilidade e envelhecimento
► Enrolamento permite velocidade de
instalação acima de 500 metros/hora
► Tubos podem ser personalizados para
evitar problema de permeabilidade
► Projetado para suportar flutuações de
pressão durante o tempo de uso
► Resistência a explosão de até 520 bar
com 5 mm de espessura de parede
Material: Ticona PP-GF, HDPE-GF,
PA12-SGF, PA12-CF Tapes
Solução em tubo para linhas de água
► Alta vazão: 150 barris de água/min @
10.5” ID / 11” OD
► Pressão de Operação de com fator de
segurança de 1.5
► Permite junção por fusão ou junção
mecânica
Multiplus Métodos de Processamento de
Compósitos Disponíveis
► Tape lay-up/consolidação ‒ Filament Winding
‒ Tape placement
► Consolidação por Pressão ‒ Pressão em camada dupla
‒ Consolidade por Pressao
‒ Consolidação Contínua por Pressão
► Transferencia de Fluído aquecido sob vácuo (Quickstep Process*)
► Reforço Parcial ‒ Incorporação por moldagem de injeção
‒ Incorporação por moldagem de compressão
‒ Incorporação por Extrusão
► Estruturas Sandwich
Processos Avançados Agora são Aproveitados por Completo
* Processo Patentiado pela Quickstep Technologies Pty Ltd
43
Compósitos Celstran® CFR-TPR O Material de Grandes Invenções
Tarugos Reforçados com Fibra Contínua
Tecnologia de Reforço Inovativa
Celstran® CFR-TPR
45
Destaques e Benefícios
► Vasto portifólio de polímeros termoplásticos
e fibras de reforço
► Alta relação de resistência-peso
► Excelente tenacidade e fadiga
► Excelente resistência química
Segmentos Industriais
► Civil
‒ Reforço de Concreto
► Petróleo e Gás
‒ Umbilicais – itens de reforço, armação
‒ Amarrações e cabos
► Marinha
‒ Amarrações e cabos
► Infraestrutura Energética
‒ Núcleo do cabo de HV
► Mineração
‒ Reforço de Correia Transportadora
‒ Cableamento
Um produto de tarugo compósito reforçado unidirecionalmente, desenvolvido a partir
de termoplásticos reforçados com fibras, disponíveis em ambos comprimentos de
semi-contínuos e personalizados.
Celstran® CFR-TPR
Recobrimento
Um polímero de recobrimento é opcional e pode ser personalizado
para fornecer adicional:
► Resistência a Corrosão
► Resistência a Abrasão e Desgaste
► Resistência a Corrosão Galvânica
► Resistência a Chama (FR)
‒ Redução da chama, fumaça, toxidade
► Estabilização a Raios UV (UV)
► Protenção Anti-Oxidativa (AO)
► Identificação por marcação a laser
► Identificação por Cor
► Isolação elétrica
46
Tarugo Recoberto
Tarugo sem Recobrimento
Celstran® CFR-TPR
Flexibilidade de Design
47
► Celstran CFR-TPR pode ser
usado como tarugos
individuais ou múltiplos que
podem ser utilizados para criar
macroestruturas de alta
resistência e núcleos de
compósito de alta rigidez ou
reforço de amarração.
Celstran® CFR-TPR
Comparação de Propriedades
Propriedades Específica
de Tração
Propriedades Específicas
de Flexão
Vantagens do Compósitos sobre Metais
PPS-CF45
PPS-CF50- 01
PPS-CF50-02
PPA-CF60
Al 2024-T6 Steel A36 Brass
GA5-UHS
Inconel 718
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 20000 40000 60000 80000 100000
Re
sis
t. a
Tra
çã
o E
sp
ecífic
a -
σ/δ
- (
MP
a/(
g/c
c))
Módulo de Tração Específico - E/δ - (MPa/(g/cc))
PPS-CF45
PPS-CF50-01
PPS-CF50-02
PPA-CF60
Al 2024-T6
Steel A36 Brass
GA5-UHS
Inconel 718
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20000 40000 60000 80000
Re
sis
t. A
Fle
xã
o E
xp
ecífic
o-
σ/δ
- (
MP
a/(
g/c
c))
Módulo de Flexão Específico - E/δ - (MPa/(g/cc))
48
Celstran® CFR-TPR
Comparação de Diâmetro
Comparação do Diâmetro do Tarugo com Carga de Tensão Equivalente
49
PPS-CF45
PPS-CF50-01 PPS-CF50-02
PPA-CF60
SS 302
A36 Aço
Al 6061-T6 Latão
Inconel 718
GA5-UHS
0
73
145
218
290
363
435
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
012345678910
Resis
tência
a T
ração (
ksi)
Resis
tência
a T
ração
(M
Pa)
Diametro (mm)
This graph indicates the required diameters for various materials to support 18.2 kN of tensile load.
Aviso
Esta publicação foi impressa em 08 de Agosto de
2014 com base no estado actual do conhecimento
da Celanese, e Celanese não se obriga a atualizá-
lo. Como as condições de uso do produto estão fora
do controle da Celanese, a Celanese não oferece
garantias, expressas ou implícitas, e não assume
qualquer responsabilidade em relação a qualquer
uso desta informação. Nada neste documento
destina-se como uma licença para operar nem como
uma recomendação para infringir quaisquer
patentes.
Copyright © 2014 Celanese ou suas afiliadas.
Todos os direitos reservados.
50
Informações para Contato:
Bruno Balico dos Santos
Application and Development Engineer
Engineered Materials
Alamenda Ministro Rocha Azevedo, 38
Conj 102/604
São Paulo, SP, Brazil 01410-000 Phone +55-11-3147-3370
Mobile +55-11-98573-0763
Fax +55-11-3147-3389
[email protected] www.celanese.com