CTM: Borracha e Plástico - Exemplos de uso na indústria eletrônica
- Drano Rauteon
- 5 de dez. de 2021
- 25 min de leitura
Atualizado: 11 de abr.
Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui plástico, borracha e ou metal em sua composição, mas não é bem assim que as coisas funcionam.
Plástico não é “tudo igual”, assim como a borracha e o metal também não são. É comum as pessoas classificarem a qualidade de um produto de acordo com essas terminologias, porém, devemos saber que há centenas de polímeros diferentes, que proporcionam milhares de combinações, isto é, compósitos, que permitem agregar características de diferentes materiais e criar produtos de alta qualidade. É o que ocorre com correias, que podem ser feitas de PA66-HNBR-GF-AF, de retentores que são feitos de PTFE ou FPM, de peças de motores e veículos feitas em PA66-GF ou PPGF, calços, coxins e batentes feitos em TPU, de dielétricos de capacitores feitos em PP, PE, PC e até polímeros semicondutores PPy e PEDT.
Mas para sabermos definir a qualidade de um produto, precisamos conhecer as combinações destes materiais, as qualidades e defeitos que cada um possui e a vantagem e desvantagem de utiliza-los. Também é necessário saber que há produtos iguais (que podem ser aplicados no mesmo sistema), todavia, feitos de materiais diferentes e com diferenças de preços gritantes, como é o caso de retentores. Um retentor de PTFE ou FPM possui uma durabilidade demasiadamente alta, entretanto, seus preços destoam das outras tecnologias mais defasadas, e essa falta de conhecimento do povo sobre as justificativas do preço alto fazem com que a maioria opte pelo mais barato achando que é “tudo a mesma coisa”.
Outra coisa fácil de se ver na população leiga e até entre profissionais desses ramos é que muitos não conhecem de fato o produto que estão utilizando (ou pelo menos insistem em utilizar termos errôneos). Um bom exemplo são as velhas juntas de vedação estáticas de cabeçotes de motores a combustão interna, que antigamente eram baseadas em Fibra de Amianto e que, pela legislação moderna, foram substituídas por Fibra de Vidro e ou Fibra de Aramida, porém, até hoje são conhecidas por todos como “juntas de amianto” ou “juntas de papelão de amianto”.
Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre Plásticos e Borrachas e exemplos de vários materiais compósitos que são utilizados amplamente pela indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém, com enfoque na eletrônica e mecânica.
Este capítulo é exclusivamente dedicado a lhe mostrar uma boa lista de exemplos de uso de plásticos e borrachas na indústria automobilística e de eletrônicos / eletrodomésticos.
As resinas sintéticas são muito utilizados na indústria eletrônica e na elétrica:
Nos capacitores
→ Capacitores "Poliméricos de Tântalo" ou "Poliméricos de Alumínio" utilizam Polímeros Semicondutores, como por exemplo o Polipropirrol (PPy) ou o Politiofeno (PEDOT ou PEDT). Quanto ao invólucro destes capacitores, quando em formato SMD a indústria geralmente opta por utilizar resina de poliepóxido (epóxi).
Para saber mais sobre os capacitores que empregam Polímero Semicondutor em sua estrutura, CLIQUE AQUI e CLIQUE AQUI!
→ Antes do surgimento dos capacitores eletrolíticos sólidos (CPA) que empregam o Polímero Semicondutor, os capacitores eletrolíticos líquidos eram extremamente comuns no mercado. Os eletrolíticos de Óxido Alumínio fazem uso de um feltro de fibra celulose embebida em eletrólito líquido e condutor. Veja a imagem abaixo:
Imagem 1 - Capacitores de eletrólito líquido fazem uso de fibra de celulose!
Para saber mais sobre capacitores eletrolíticos de Óxido de Alumínio, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: O BOPET ou PTFE metalizado (através da deposição de filme ou impregnação) pode ser utilizado na confecção de muitos microfones condensadores, como é o caso daqueles iguais ao da imagem abaixo:
Imagem 2 - O eletreto deste tipo de microfone condensador é, em geral, um filme polimérico combinado com metal e eletricamente carregado de forma permanente. Até o momento, não obtivemos informações detalhadas sobre a composição do anel espaçador
→ Capacitores de filme plástico metalizado ou não-metalizado podem utilizar como dielétrico o Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), Poliéster (Tereftalato de Polietileno Orientado Biaxialmente, abreviado por BOPET), Policarbonato (PC), Politetrafluoretileno (PTFE), Naftalato de Polietileno (PEN) ou Sulfeto de Polifenileno.
Imagem 3 - Um capacitor de filme de PP metalizado
Para saber mais sobre estes capacitores, CLIQUE AQUI!
→ Capacitores e relés utilizados em âmbito doméstico podem ter um invólucro feito em Polímero de Cristal Líquido (LCP), ou também Polipropileno (PP - bastante comum), podendo até ter um preenchimento interno de resina sintética de Poliepóxido (chamado popularmente de Epóxi) ou de Poliuretano, sendo que este último pode ser encontrado em variantes termofixas ou termoplásticas. Resistores, capacitores e indutores SMD também podem ter encapsulamento feito em Poliepóxido. Veja abaixo a imagem de um componente com estas características:
Imagem 4 - Capacitor de filme plástico metalizado com invólucro cilíndrico de plástico PP ou LCP e preenchimento interno de Poliepóxido ou Poliuretano, que pode ser visto na região dos dois terminais. Este modelo é comum no circuito de alimentação de motores monofásicos de ventiladores
→ Emendando o assunto capacitores, vamos falar de seus 'primos' maiores, as baterias!
As baterias de Chumbo-Ácido Sulfúrico ainda reinam em alguns segmentos, tal como equipamentos eletrônicos mais rudimentares e veículos com motor de combustão interna, e é aí que entra o plástico como invólucro para estes químicos tóxicos. Se os capacitores de filme polimérico descritos acima possuem uma carcaça de LCP ou PP, as baterias seguem um padrão parecido, com o PP (e raramente o PC) muito utilizado para este fim...
Como exemplo, podemos citar o opacímetro Alta Nova Smoke Check, que esconde uma pequena bateria Chumbo-Ácido por dentro de sua carcaça de PEHD:
Imagem 5 - Para saber mais sobre luminância e opacidade, CLIQUE AQUI!
A pequena bateria com carcaça de PP e selamento dos terminais com resina de Poliepóxido:
Imagem 6 - Bateria de Chumbo-Ácido 12 V da Unipower
Já nos carros, o bateria é um bocado maior...
Imagem 7 - Uma bateria 12 V automotiva
Seja o Polipropileno (ou raramente o Policarbonato) utilizado como resina base, há sempre alguma carga de reforço para tornar o material mais resistente à altas temperaturas, retardar chamas e aumentar o isolamento elétrico, e tais aditivos podem ser pós de Talco (Silicato de Magnésio) ou Carbonato de Cálcio, por exemplo. Eles podem estar presentes em até 40% por unidade de massa.
Imagem 8 - Par de baterias Chumbo-Ácido num caminhão DAF XF
Nos caminhões as baterias possuem uma carcaça com a mesma composição. Há algumas, como na imagem acima, que precisam de manutenção, isto é, a adição de água desmineralizada em seus compartimentos para completar a solução contendo ácido sulfúrico, e por isso contemplam orifícios com tampões para permitir o enchimento. Tais tampas podem ser feitas com o mesmo material do invólucro.
CURIOSIDADE: O Polipropileno pode ser agredido severamente pelo Ácido Sulfúrico quando numa concentração próxima de 100% e sob uma DDP térmica em torno de 60 °C, entretanto, as baterias Pb-Ácido possuem uma concentração de ácido na casa dos 30%, e em comparação com a massa da carcaça (PP reforçado com carga mineral) não ocorre qualquer tipo de degradação a longo prazo. Para saber mais sobre a resistência do PP, veja o seguinte PDF:
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre o funcionamento de pilhas, baterias e packs, CLIQUE AQUI!
Após acessar o link acima, se quiser conhecer em detalhes os acumuladores Pb-Ácido, CLIQUE AQUI!
→ Mas e as baterias de Lítio? Estas, quando não tem um invólucro de liga metálica podem ter uma carcaça também polimérica.
Nos notebooks, é comum que um conjunto de pilhas com carcaça metálica sejam montadas acompanhadas de um módulo BMS num recipiente de plástico (que pode ser de PP ou PC).
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre baterias de computadores portáteis e sobre os módulos BMS, CLIQUE AQUI e CLIQUE AQUI!
Já em smartphones atuais (onde a bateria não pode ser acessada pelo usuário) é comum o uso de invólucros flexíveis (usando materiais como a Poli-Imida) para as baterias de Lítio-Polímero, o que permite uma portabilidade maior da tecnologia para a aplicação nos mais diversos projetos (tal como smartwatches, tablets e notebooks ultrafinos).
Nas mídias ópticas
→ Os CDs, DVDs e BluRays utilizam Policarbonato (PC) em uma de suas camadas. Os CD-Rs / DVD-Rs portam uma camada de gravação feita de corante polimérico azóico, cianina ou ftalocianina. Para saber mais sobre discos ópticos, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: O Policarbonato também pode ser utilizado na produção de componentes estruturais e de acabamento de notebooks, tablets, smartphones e celulares, como é o caso deste LG K10 K430TV...
Imagem 9 - Perceba a marca ">PC<" no lado interno da tampa da bateria
...ou do famoso Motorola V3, o último flip a fazer sucesso antes da chegada dos smartphones:
Imagem 10 - Tampa da bateria de um velho V3, datado de 2008
→ Mesas com o bloco óptico de leitores de CD, DVD e BluRay costumam ter três ou quatro coxins na interface com a carcaça interna do aparelho. Esses coxins são extremamente macios, geralmente um composto de borracha de Silicone (Q) e servem para atenuar a vibração da mesa, bem como impedir a propagação de vibrações externas que possam interferir no processo de leitura ou gravação. Veja a imagem de um coxim destes abaixo:
Imagem 11 - Coxins de borracha de Silicone presentes em mesas de leitores / gravadores de CD, DVD e BluRay
Para saber mais sobre o funcionamento destas borrachas e também o funcionamento do bloco óptico, CLIQUE AQUI!
Nas mídias magnéticas
→ Fitas de vídeo VHS, fitas cassete e disquetes são feitos de Tereftalato de Polietileno Orientado Biaxialmente (BOPET) com uma película de óxido de ferro por cima, que pode ser em forma de filme, ou então, por impregnação. No caso de serem impregnados, pode ser feito o uso de pó de PVA (Polivinil Acetal) ou PVB (Polivinil Butiral), dois adesivos muito eficientes para a 'ancoragem' de metais. Para saber mais sobre o disquete, CLIQUE AQUI!
Nas telas OLED
→ Telas AMOLED, PMOLED, Super AMOLED e demais variações de telas OLED também utilizam Polímeros Semicondutores, como por exemplo o poli(p-fenilenevinileno) (abreviado PPV) ou o MEH-PPV (PPV modificado com grupos Alcoxi), além de moléculas menores que os polímeros, como por exemplo o tris(8-hidróxiquinolinato) de Alumínio dopado com Diclorometano (abreviado DCM2:Alq3). Para saber mais sobre displays OLED, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: Os Polímeros Semicondutores também podem ser chamados de Semicondutores Orgânicos, sendo a base de estudos da Eletrônica Orgânica.
Para saber mais sobre Semicondutores Orgânicos e Inorgânicos, CLIQUE AQUI!
Para saber mais sobre o funcionamento de LEDs orgânicos e Inorgânicos, CLIQUE AQUI!
Nas fiações elétricas
→ Conduítes de proteção de fios podem ser feitos de Policloreto de Vinila (PVC – Polyvinyl Chloride), todavia, diferente das instalações elétricas residenciais, nos automóveis faz-se bastante uso de Poliamida 6.6, já que o Cloreto de Polivinil não aguenta temperaturas altas por muitos anos e a sua queima libera gases tóxicos.
Imagem 12 - Chicote elétrico de um automóvel envolto em eletrodutos corrugados de PA6.6
CURIOSIDADE: Existem conduítes de PA classificados por temperatura. Aqueles que estão longe das zonas com grande concentração de calor trabalham na faixa dos 100 °C (tal como os feitos de PVC) e são caracterizados por terem uma faixa branca ao longo de sua extensão. Já aqueles que possuem uma faixa vermelha estão em regiões com bastante calor, tal como ao redor do motor e suportam cerca de 200 °C. Existem também as classes verde e laranjada, que operam entre os extremos que acabei de citar. No entanto, o que vemos sair de fabrica são, comumente, eletrodutos sem indicação de temperatura máxima de operação.
Os conectores do chicote elétrico dos automóveis, no geral, também são feitos de resina termoplástica PA6.6.
Imagem 13 - Conector ISO (16 pinos) para rádios automotivos fabricado pela Delphi
→ Voltando ao assunto borracha de Silicone, sua utilização é ampla em cabos de vela de motores de combustão interna. O Silicone é o que suporta uma maior temperatura (um pouco acima de 200 °C), porém, também é utilizado pela indústria a borracha CSM (comum e cabos de vela genuínos), a borracha EPDM e o PVC, sendo este último o menos durável e encontrado nos produtos mais baratos (suporta temperaturas na faixa dos 100 °C). Já o revestimento isolador é borracha EPDM, que é colocada por cima do fio de Nicromo. Para saber mais sobre a estrutura e o funcionamento dos cabos de vela, CLIQUE AQUI!
Algumas bobinas de ignição do tipo "canetão" também podem ter invólucro feito de Silicone do tipo MVQ. Um exemplo disso é a bobina Volkswagen-Audi 06E905115E / 06E905115F.
Capas de cabos USB, HDMI, VGA e outros também podem ser compostos por PVC, em geral aguentando temperaturas de até 80 °C. O uso de capas de PVC em cabos têm diminuído devido a popularização de materiais com maior rigidez dielétrica, suporte a temperaturas mais elevadas e maior segurança em casos de incêndio. O XLPE (Polietileno Reticulado, também chamado de PEX ou XPE) está ganhando mais espaço, bem como o HEPR (Etileno Propileno Alto Módulo, conhecido também como EPR/B) - tendo também a variante EPR -, sendo que ambos são termofixos e podem operar com temperaturas na faixa dos 100 °C.
CURIOSIDADE: Quando me refiro à "maior segurança em casos de incêndio" quero expressar à ínfima emissão de gases tóxicos do HEPR e do XLPE, isto pois o PVC libera Cloreto de Hidrogênio (HCl) durante a queima, além de gerar fumaça densa. Apesar de um FR reduzir a emissão do PVC, ele ainda perde para os outros compostos poliolefínicos - e aqui podemos incluir também o EVA (Acetato-Vinilo e Etileno) e o POE (Poli(Óxido de Etileno)), além do comum PP (Polipropileno). Para saber mais sobre retardantes de chama em capas de cabos e fios (bem como a relação com as siglas LSZH, HFFR e LSF), consulte o Capítulo 5 da série sobre plásticos e borrachas!
Veja a imagem seguinte, do cabo USB de um Samsung A01 sem indicação de composição, porém, com a marcação "non-pvc":
Imagem 14 - Cabo USB de carregador Samsung confeccionado sem PVC
CURIOSIDADE: Por dentro de um cabo USB daqueles mais espessos, entre a capa externa de PVC e a capa de cada fio pode haver um preenchimento isolante de FPE, sigla para Polietileno Espumado (Foamed Polyethilene).
O EPR é bastante utilizado na confecção de fitas isolantes auto-fusão. Um dos usos mais comuns é em chicotes elétricos de automóveis, onde uma comum fita isolante de PVC teria o desempenho / durabilidade do adesivo reduzido drasticamente ao ser imerso na elevada e constante temperatura do cofre do motor.
Veja abaixo o rótulo de uma fita isolante auto-fusão da marca Worker:
Imagem 15 - Fita isolante auto-fusão pode ser uma alternativa melhor do que a velha fita adesiva de PVC
→ O baquelite (Polifenol, abreviado PF), já foi comum em soquetes de lâmpadas domésticas, que agora utilizam-se muito do Polipropileno. Veja a imagem de um soquete destes abaixo:
Imagem 16 - Soquete de lâmpada, que pode ser feito de baquelite ou de um termoplástico (em geral, Polipropileno)
Mas alguns destes soquetes ainda são feitos de porcelana!
O que é essa tal porcelana? Do que ela é feita?
Para saber mais, comece CLICANDO AQUI!
→ Sockets PGA, Slots PCI, PCI Express, conectores de energia ATX, P4, EPS12, Conector IDE e SATA, slots de memória RAM, conectores VGA e DVI de placas-mãe de computador e notebook utilizam como estrutura plástica isolante o material LCP (Liquid Crystal Polymer). Veja abaixo a imagem de um slot PCIe x16:
Imagem 17 - Slot PCIe x16 2.0 (laranjado) e slot PCIe x1 2.0 (branco) de uma placa-mãe ECS G45T-M2
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre hardware de PC, dê uma olhada no e-book "O Hardware nos Mínimos Detalhes", aqui do HC!
Abaixo a imagem de um soquete PGA 939 da AMD feito em LCP:
Imagem 18 - Socket AMD PGA 939 fornecido pela Foxconn
Abaixo, um datasheet com características estruturais de um slot DDR3 DIMM fornecido pela Fujitsu:
Agora, um datasheet com o design de soquete da plataforma AM3+ da AMD. Ao final da página 17 a descrição da utilização de LCP e da norma UL 94V-0.
A Intel, em suas documentações sobre soquetes PGA (Pin Grid Array) e LGA não especifica exatamente qual o polímero que deve ser utilizado, apenas informa a obrigatoriedade do uso de um termoplástico que se enquadre na norma UL 94V-0, bem como tenha um coeficiente de expansão por temperatura compatível com o processo de solda BGA e o uso de placas de circuito multicamadas de FR4 (GF + poliepóxido).
CURIOSIDADE: Ao contrário do que podes imaginar, um soquete LGA também possui estrutura polimérica na região dos pinos (que pode ser confeccionada em LCP). O quadro metálico de aço INOX 300 é apenas para retenção e travamento do chip.
Para além do LCP, nome dado à classe de polímeros feitos de poliésteres aromáticos, a indústria eletrônica usa a Poliftalamida (que pode ser encontrada com a sigla PPA, PA4T, PA6T/X ou PA10T/X) para fabricar carcaças de slots, conectores e sockets. Se trata de uma amida semi-cristalina e semi-aromática, ficando entre a Poliamida comum e as Aramidas em termos de características físicas e preços. Ela aguenta temperaturas superiores ao LCP durante os processos de solda eletrônica industrial sem Chumbo, o que a torna tão boa quanto, porém um bocado mais cara.
De qualquer forma, todos os slots com carcaça plástica descrita como "High Temperature Nylon", "High Temperature Nylon UL 94V-0", "Nylon UL 94 V-0" ou "High Temperature Thermoplastic" fazem referências genéricas à PPA, muitas vezes reforçada com até 30% de lã de vidro...
Diagrama 1 - Slot DDR2 da Tyco Electronics feito em PPA-GF30
Para saber mais detalhes sobre este slot, abra o PDF abaixo:
Talvez o ponto fraco do PPA seja a necessidade de uso de um bom retardante de chamas (FR), ao contrario do LCP, que naturalmente já possui a característica de não propagar labaredas.
→ Depois do exemplo dos soquetes, slots e conectores de placas-mãe, um outro exemplo de uso de resinas poliméricas que apresentam estado líquido-cristalino são aquelas utilizadas em telas LCD. Mas quais resinas são essas? Para saber isso e mais detalhes sobre cristais líquidos, recomendo CLICAR AQUI! e ler o texto dedicado!
CURIOSIDADE: Todas as placas de circuito, conectores, slots, soquetes e componentes eletrônicos em geral que possuam polímeros em sua construção costumam estar inclusos na norma UL 94V-0. Mas o que é esta norma? Leia o Capítulo 5 desta série sobre plásticos e borrachas e descubra!
Invólucros de sensores, atuadores, módulos e ferramentas
→ Invólucros e carcaças de sensores e módulos eletrônicos que operam sob altas temperaturas podem utilizar Poliamida com alguma porcentagem de Fibra de Vidro (PA66-GF). Veja abaixo a imagem de um sensor de temperatura (Termistor NTC) e observe seu conector elétrico feito em PA66-GF30:
Imagem 19 - Sensor de temperatura utilizado na linha Renault
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre Termistores e outros tipos de resistores, dê uma olhada no e-book "O Universo da Eletrônica", aqui no HC!
Veja abaixo uma caixa de fusíveis da linha FIAT Pálio e observe uma pequena diferença na marcação da composição química:
Imagem 20 - Perceba a marcação PA6 (GB20 + GF10). Ela significa uma mistura de 10% de Fibra de Vidro com 20% de Esferas de Vidro (GB - Glass Bead). Essa mistura de diferentes formatos de vidro traz uma maior estabilidade dimensional ao compósito. É até comum o uso de PA reforçado com GF+GB em caixas de relés e fusíveis.
→ Complementando os últimos dois tópicos, relés utilizados em sistemas eletrônicos automotivos fazem uso de Poliamida reforçada com alguma porcentagem de lã de vidro no invólucro, enquanto o carretel da bobina pode ser tanto de PA66-GF, quanto PBT-GF ou PP-GF:
Imagem 21 - Relés com carcaça em PA-GF
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre o funcionamento de relés e contactoras, CLIQUE AQUI!
→ Alguns sensores e atuadores de um motor a combustão podem utilizar o Tereftalato de Polibutileno reforçado com 30% de Fibra de Vidro (PBT-GF30), como é o caso da bobina de ignição genuína para linha GM 1.0 8V e 1.4 8V VHC / VHC-E, ou no caso do sensor MAP da Siemens VDO para um motor Renault mostrado na imagem abaixo:
Imagem 22 - Sensor MAP com invólucro de PBT-GF30
CURIOSIDADE: Os fusíveis utilizados em automóveis costumam ter invólucro feito em PC (Policarbonato), PES (Poliéter Sulfonado) ou em PA66. Em outros sistemas eletrônicos, o invólucro pode ser cerâmico (fusíveis SMD ou alguns tipos industriais). Fusistores, termofusíveis e PPTCs possuem invólucro feito de resina de poliepóxido, geralmente. Para saber mais sobre fusíveis, termofusíveis, fusistores e PPTCs, CLIQUE AQUI!
O poliepóxido também é encontrado em bobinas de ignição de motores de combustão interna. Assim como no capacitor mostrado acima, há um preenchimento de poliepóxido dentro de um invólucro feito com o compósito PBT-GF30, PET-GF30 ou outro semelhante. Um exemplo disso é a bobina de ignição genuína Mopar-Eldor (cod. 55267998) para a linha de motores FIAT FIREfly, que equipa Mobi e Argo, por exemplo. Para saber mais sobre bobinas de ignição, CLIQUE AQUI!
Se você é hobbysta ou um simples 'cidadão preparado para adversidades do lar', com certeza deve possuir alguma ferramenta elétrica ou um conjunto delas, mesmo que seja pouca coisa. Em geral, quando nos deparamos com serras tico-tico, furadeiras, lixadeiras, parafusadeiras e vários outros equipamentos, logo pensamos que a carcaça de tais aparelhos é puro plástico, entretanto, não é bem assim!
Há décadas que a indústria vem utilizando compósitos termoplásticos, e um dos mais aplicados nestas ferramentas é a Poliamida reforçada com alguma porcentagem de fibra de vidro.
Imagem 23 - Uma serra tico-tico da marca Bosch datada de 2005
Ferramentas mais antigas da Bosch costumam ter a inscrição do material em um alto relevo bastante discreto na parte externa da carcaça. Precisei destacar o ">PA6-GF35<" com um giz para capturar a imagem no meu genérico smartphone.
Usualmente as marcas costumam colocar informações de composição química em algum ponto da parte interna da carcaça, como é o caso deste white label da Vonder:
Imagem 24 - Uma lixadeira roto orbital da marca Vonder datada de 2022
Nesta carcaça amarela, tive que destacar o ">PA6-GF30<+TPE" com um lápis antes de fotografar. Quando o equipamento possui empunhadura emborrachada, é comum o uso de TPE, isto é, um termoplástico elastômero, ou seja, uma mistura reciclável de resina plástica com borracha sintética.
CURIOSIDADE: Caso queira conhecer os tipos de TPEs mais comuns da indústria, CLIQUE AQUI!
Nas ventoinhas
→ Ventoinhas utilizadas em coolers de processador, fontes chaveadas e ventilação suplementar também podem ser confeccionados em PBT-GF30. Observe uma ventoinha de Delta Electronics (uma das marcas mais comuns) abaixo:
Imagem 25 - Cooler de 120 mm para gabinete de computador
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre o controle do funcionamento das ventoinhas em uma placa-mãe, CLIQUE AQUI! e CLIQUE AQUI!
O desenho técnico de um cooler box Intel é mostrado abaixo:
Diagrama 2 - Ventoinha utilizada em alguns cooler box que acompanham processadores da Intel
Veja a seguinte imagem, destacando o motor:
Imagem 26 - A estrutura de PRFV do motor
Curiosamente, a estrutura isolante onde estão dispostos os enrolamentos do estator e o mancal do rotor também é feita de PBT-GF.
PCBs e flats
→ Placas de Circuito Impresso multicamadas de computadores, notebooks, além de vários outros sistemas eletrônicos utilizam FR4 (GF + poliepóxido), podendo haver também alguns modelos com Fenolite (pode absorver mais umidade, pois contém celulose). De qualquer forma, o FR4 é mais comum, como mostra o Diagrama abaixo:
Diagrama 3 - Composição das placas de circuito
A Fibra de Vidro é de extrema importância nessas placas, tanto que em folders das fabricantes AsRock e Gigabyte é destacado a malha de GF mais densa nas camadas da PCB, reduzindo assim a absorção de umidade. Veja a imagem abaixo:
Imagem 27 - Trecho de um infográfico da fabricante AsRock
Mas e as placas de circuito flexíveis? As Flexible Printed Circuits (FPCs) são feitas de Poliimida, ou então de materiais mais baratos e comuns, como o PET, este último muito utilizado em mantas de teclados e em cabos flat (também chamados de FFC, sigla para "Flexible Flat Cables"). A Poliimida, cujo nome comercial é Kapton, é fácil de distinguir:
Imagem 28 - Uma câmera Olympus Stylus aberta. Até chips são soldados no polímero flexível
Cabos Flat de Poliimida também são comuns:
Imagem 29 - Cada tela LCD possui seu cabo Flat feito de Poliimida
No caso da imagem acima, onde temos o prisma dicróico com as três minúsculas telas LCD, o uso de cabos flat feitos em resina termofixa de Poliimida é mais plausível, pois é um sistema que tende a esquentar bastante. O mesmo ocorre, por exemplo, em leitores / gravadores de CD / DVD / Blu-Ray, onde a Poliimida se faz presente em pequenas placas de circuito e em cabos flat que circundam o bloco óptico. No caso do motor que gira o disco no leitor óptico, o cabo flat é feito de PET:
Imagem 30 - Um exemplo de uso de cabo flat
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre o bloco óptico e os motores dos leitores / gravadores de CD / DVD / Blu-Ray, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre projetores 3LCD e LCoS, CLIQUE AQUI!
Em geral, os cabos flat são compostos por duas lâminas de Polietileno Tereftalato (PET), e entre elas as trilhas de Cobre (CU 1100). Uma das lâminas é o substrato para os condutores elétricos e a outra funciona como uma cobertura de proteção, que é colada através de um adesivo termofixo. Há cabos flat com as trilhas expostas, isto é, sem a camada de proteção.
→ Seguindo o assunto PCB, você já parou pra pensar do que é feito o substrato de chips?
Sim, pastilhas de silício, como é o caso de CPUs e GPUs, são montadas sobre uma pequena plaquinha de circuito impresso que faz a interface entre os milhares de terminais do chip e a placa de circuito impresso. E sim, a base, isto é, a estrutura rígida pode ser o famigerado FR4, no entanto, dada a quantidade de contatos e trilhas e o tamanho do substrato, um material isolante muito mais fino, flexível e maleável deve ser combinado com ele... mas qual seria o composto químico ideal para este fim?
Que tal o ABF?
Imagem 31 - As principais variantes do polímero ABF. Retirado do site de Ajinomoto
Antes de prosseguir...
CURIOSIDADE: Algo muito curioso está por trás do ABF! Não querendo ficar presa apenas nos temperos, a japonesa Ajinomoto quis ir além do glutamato monossódico (MSG), e uma de suas investidas lá pelo final dos 1970 foi o "Ajinomoto Build-up Film", o tal do ABF!
Foi em 1989 que os japas apresentaram um produto palpável, por causa de um "cutucão" de uma empresa de tecnologia. Era um filme plástico muito fino, isolante elétrico, condutor de calor e que funcionava bem com o processo de produção de chips, sendo mais eficiente que os compostos em forma de tinta, que exigiam um período de cura.
O ABF acabou se tornando o material mais utilizado para a produção de substratos de circuitos integrados, permanecendo até hoje como opção perfeita e fundamental para a indústria.
Isso significa que, diferente do que é visto em alguns datasheets da Intel, o substrato do seu glorioso Core i9 não é só FR4! Há um tempero a mais, se me permite o trocadilho! :v :
Imagem 32 - A Intel descreve o substrato de seus modelos de CPU como sendo simplesmente "Fiber Reinforced Resin" (FR4)
Como este material recebeu um nome diferente das simples siglas que estamos acostumados a ver, passado este resumão sobre a curiosa origem e o uso do ABF você deve estar se perguntando: Mas que polímero é este?
Pois bem, abaixo são listados três dos compostos químicos que levam a marca ABF:
Tabela 1 - Quais compostos químicos orgânicos estão por trás do ABF?
Pois é! É Poliepóxido combinado com Polifenois ou Cianato.
Se quiser se aprofundar mais no assunto, aqui vai um PDF com algumas informações relevantes sobre o ABF:
Quer saber mais sobre as características mais importantes a serem levadas em conta nos substratos de circuitos e nas trilhas? Então CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: Alguns circuitos eletrônicos utilizam a tecnologia COB (Chip On Board) onde um microcontrolador ou microprocessador é embutido na placa. Para fazer circuitos impressos com esta característica é comum o emprego de Poliepóxido. Esta resina é colocada por cima do chip, sendo chamada de "Glob Top", uma espécie de encapsulamento que gera bastante dificuldade para acessar o chip caso precise ser feito uma manutenção. Veja um Glob Top na imagem abaixo:
Imagem 33 - CI recoberto por resina Poliepóxido
Em eletrodomésticos
→ Dentre os materiais poliméricos que podem ser utilizados em jarras de liquidificadores domésticos, o PMMA (Polimetilmetacrilato) e o SAN (Estireno Acrilonitrilo) são os mais utilizados. Ambos podem ficar esbranquiçados com o passar do tempo e uso, porém, em relação ao Acrílico o SAN é mais resistente à impactos e não risca com tanta facilidade, bem como está livre do Bisfenol A (BPA), substância química que pode ser liberada na comida quando colocada em contato com alimentos em altas temperaturas. Um exemplo de liquidificador com jarra em SAN é o Electrolux BEB11. Veja abaixo a imagem do Philco PH1200, que possui jarra em PMMA:
Imagem 34 - Philco PH1200 com jarra em Acrílico
→ Ainda no assunto liquidificadores, jarras de Polipropileno (PP) e Policarbonato (PC) também podem ser encontradas no mercado, como é o caso do modelo Philips Walita Daily e da linha Diamond Blender, da KitchenAid, respectivamente.
→ Se você tem uma geladeira ou freezer com alguns anos de uso, com certeza já deve ter trocado a gaxeta de vedação da(s) porta(s). Pois bem, ao pesquisar sobre estes vedadores estáticos nos deparamos com "borracha de vedação para porta da geladeira" ou "borracha de vedação da tampa do freezer"...
Imagem 35 - Todos os anúncios a descrevem como 'borracha'
Entretanto, não se trata de uma borracha, mas sim de um plástico!
Complemento 1 - As gaxetas de portas e tampas de equipamentos de refrigeração são feitos de PVC
Se você leu o Capítulo 5 da série sobre plásticos e borrachas, viu que um plástico pode adquirir características borrachosas através de um aditivo plastificante. Tais aditivos são comumente aplicados em resinas de PVC e PMMA, que originalmente são bastante rígidas.
Da mesma forma que a gaxeta da sua geladeira, os cabos de rede Ethernet também podem implementar uma capa de PVC envolvendo os fios...
Imagem 36 - O PVC possui multiplas aplicações!
Para aplicações que envolvem baixa temperatura - ou temperatura ambiente - e abrigo do Sol, o PVC é excelente. Para aplicações onde há pouca ventilação, radiação UV e calor é mais apropriado a aplicação de outros materiais ou um PVC aditivado com retardante de chamas e aditivo anti-UV.
Observe a seguinte imagem:
Imagem 37 - Perceba a lâmina de plástico magnética. É a gaxeta original de fábrica de uma Electrolux DC49A
No caso dos vedadores de refrigeradores, muitos possuem por dentro dos perfis extrudados uma lâmina de mesmo material, porém, misturada com Ferrite em pó ou pó de Ferro (para ser magnetizada posteriormente).
CURIOSIDADE: O 'primo rico' do PVC é amplamente utilizado no selamento traseiro das placas fotovoltaicas. Se trata de uma fina folha branca contendo Tedlar, nome comercial para o PVF (Fluoreto de Polivinil), cujas características térmicas são muito superiores às do PVC!
Em geral, os fabricantes usam três camadas, isto é, o TPT (Tedlar-PET-Tedlar) e o TPE (Tedlar-PET-EVA):
Imagem 38 - Uma placa fotovoltaica N-Type monocristalina Hanersun HN18N-72H585W
Nesta mesma placa conseguimos identificar o uso de PU nas vedações da parte elétrica e carcaça e entre o backsheet de PVF e a moldura de liga de Alumínio anodizada:
Imagem 39 - As placcas são hermeticamente seladas utilizando-se de materias como o Poliuretano
Nos teclados
→ Quase todo teclado utiliza uma manta, ou então pequenos “coxins” de borracha de silicone entre cada tecla e a membrana / placa de circuito com as trilhas. Aprecie a próxima imagem:
Imagem 40 - Geralmente se utiliza uma manta de borracha Q em teclados
Na imagem acima vemos a membrana de PET e a manta de borracha Q de uma calculadora 'xing ling' MasterPrint, bem como um quadro de botões de acionamento de vidros elétricos Ford "2M5T14A32DB", que equipou unidades da primeira geração do Focus (2002~2009) vendida no Brasil. Controles remotos de TVs ou de Home Theaters, por exemplo, funcionam da mesma forma.
No caso de muitos teclados de PC, há um "coxim" debaixo de cada tecla, no entanto, não há o contato de grafite nas borrachas. O sistema funciona com membrana de PET multi-camadas e as "chaves" são fechadas por pressão. Observe a imagem abaixo:
Imagem 41 - Muitos dos teclados de PC possuem esta estrutura interna...
Perceba que a manta flexível dos teclados, feitas em polímero PET, pode ser um bom exemplo das já discutidas placas de circuito flexíveis.
Nos teclados com iluminação RGB por debaixo das teclas, pode ser utilizado como difusor de luz o Policarbonato, material que também compõe a 'lente' montada sob o LED e o sensor dos mouses ópticos. Para saber como funciona um mouse óptico, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: As chaleiras elétricas feitas de plástico - em geral Polipropileno com cargas minerais -, precisam ter uma vedação entre a parede, de resina polimérica, e o fundo da jarra, já que o resistor é instalado numa chapa de INOX. Além do fato de estarem submetidos diariamente a uma ampla variação de temperatura, seria impossível de se montar dois materiais com propriedades físicas e químicas distintas pra formar um recipiente capaz de armazenar água sem ter vazamentos. Pois bem, esta vedação que permite o perfeito funcionamento da jarra nada mais é que uma gaxeta de borracha de Silicone:
Imagem 42 - O fundo de uma jarra de chaleira elétrica. Componente oriundo do desmantelamento de um eletrodoméstico da marca Britânia
CURIOSIDADE: Para saber mais sobre o resistor utilizado nestas chaleiras elétricas, CLIQUE AQUI!
Onde há fios condutores, há plásticos
Todo fio de Cobre aplicado em tais sistemas elétricos não é encapado com resina plástica, mas sim com um verniz plástico, isto é, uma fina camada de material isolante que impede o contato direto entre as espiras, permitindo o perfeito funcionamento dos enrolamentos. Tais vernizes também originam uma cor característica ao fio de Cobre, nos dando a ilusão de que aquele tom marrom - ou avermelhado - é oriundo do metal, quando na verdade é o material isolante.
Mas quais polímeros podem ser aplicados como verniz?
Complemento 2 - Os plásticos utilizados como verniz em fios
Observe a imagem:
Imagem 43 - Motor DC Brushless de um drive de disquete 3.5'
Note que a cor do fio de Cobre é proporcionada pelo verniz, isto pois, quando puro o metal em questão tem coloração mais alaranjada. O tipo de verniz também depende da aplicação, até porque não se faz necessário utilizar um material que aguente centenas de graus no enrolamento de um motor DC aplicado em leitores de mídias ópticas ou num drive de disquetes. Neste caso tudo pode ser resolvido com verniz Epoxídico ou de Polivinil Formal.
Anteriormente vimos que capacitores de Óxido de Alumínio fazem uso de um papel encharcado com eletrólito líquido condutor entre as folhas metálicas. Pois bem, nos transformadores das redes elétricas de nosso país é comum a aplicação de papel como isolante nos enrolamentos de fio, sejam eles de Cobre ou Alumínio...
Imagem 44 - Os papéis aplicados em isolamento de fios de transformadores. Créditos: Eletricity - O canal da Elétrica (You Tube)
O papel Presspahn é celulose pura prensada, enquanto o Kraft é até um pouco mais brilhoso por possuir um filme de resina de Polietileno Tereftálico (PET) junto das fibras, aumentanto assim o isolamento elétrico. Estes dois tipos podem ser aplicados tanto no Alumínio quanto no Cobre.
Abaixo, selecionei dos datasheets de ambos os tipos de papel aplicados em sistemas elétricos:
Dada a estrutura fibrosa, é fácil de encharcar o papel, e neste caso isso é bom para transformadorers imersos em óleo isolante, isto pois a impregnação do fluído nas fibras permite um isolamento elétrico ainda maior, melhorando até a troca de calor por convecção.
O uso de papel também pode ser feito para envolver as bobinas de motores elétricos nas ranhuras do estator ferromagnético, como vemos no seguinte desenho:
Imagem 45 - Uso de fibra de celulose ou fibra de celulose com filme de Poliéster-Imida em estatores de motores e geradores elétricos
Caso queira se aprofundar mais no estudo de motores elétricos, recomendo que CLIQUE AQUI! e CLIQUE AQUI!
Caso queira se aprofundar mais no estudo de geradores elétricos, recomendo que CLIQUE AQUI! e CLIQUE AQUI!
Atualmente é comum encontrar um papel branco envolvendo os enrolamentos dos estatores. Este papel é denominado NMN, sendo na verdade um filme de Polietileno Tereftalato (PET, cujo nome comercial mais comum é Mylar) com fibras de meta-Aramida (cujo nome comercial mais comum é Nomex) 'grudadas' em ambos os lados.
Imagem 46 - Perceba o isolante branco separando os enrolamentos do núcleo ferromagnético
Lembre-se que a separação entre o estator e as bobinas utilizando papel não exclui a necessidade dos fios de Cobre portarem o revestimento com verniz polimérico. Para estes equipamentos a Poliamida-Imida ou o Poliéster-Imida servem muito bem como revestimento pro metal.
É comum que até fiações elétricas encapadas com resina plástica também possuam verniz na superficie do Cobre, servindo com uma proteção a mais contra agentes degradantes externos e até mesmo reduzindo o efeito de pele na 'trança' de fios. Para saber mais sobre o Efeito de Pele, ou "Efeito Peculiar", CLIQUE AQUI!
BMCs, DMCs e SMCs na elétrica
Os compósitos de Poliéster Insaturado refoçados com fibra de vidro (UP-GF) são amplamente utilizados na área da elétrica, indo de aparelhos de ar condicionado até contactores indústriais, de alicates porta-eletrodo de aparelhos de solda SMAW às cruztas de postes de distribuição de energia elétrica.
Para não estender tanto este texto, você pode ficar a par das siglas BMC, DMC e SMC CLICANDO AQUI!
Caso queira saber mais sobre os contactores, CLIQUE AQUI! (já foi linkado anterioremnte neste texto).
Este tópico é dedicado para algumas informações interessantes que complementam o que já foi explicado!
Vamos falar de gambiarra?
Imagem 47 - Um bom aquecedor... para um inverno
Após problemas com este aquecedor Cadence AQC500, resolvi substituir quase toda sua eletrônica interna e seu ventilador original por um sistema rudimentar:
-> Três ventoinhas de computador;
-> Uma fonte 12 Volts de CFTV;
-> e apenas três interruptores (um liga/desliga e dois para os estágios de temperatura).
O bloco dissipador com dois conjuntos de pastilhas cerâmicas PTC permanece com o fusível térmico e o termostato original, portanto, o sistema de segurança permanece intacto.
As ventoinhas de computador, feitas de plástico PBT reforçado com 30% de lã de vidro operam estáveis sob alta tempratura. O conjunto de fans foi encaixado numa estrutura de plástico PE-UHMW construído artesanalmente. Este tipo de Polietileno é bastante resistente, operando estavelmente até a casa dos 150 °C.
A carcaça deste aquecedor é feita em plástico ABS e o bloco dissipador com os PTCs é envolto numa plataforma de Poliamida.
O módulo de ventiladores não possui partes coladas e pode ser removido retirando-se alguns parafusos, que inclusive o fixa na carcaça de ABS. A fiação próxima do gerador de calor é envolta em fita isolante de EPR, aguentando cerca de 100 °C, mais do que o necessário para tal equipamento.
Imagem 48 - São três ventoinhas de computador montadas na estrtura de PE-UHMW e também na carcaça
Imagem 49 - O circuito elétrico foi drásticamente simplificado!
OBSERVAÇÃO: Desculpe-me a sujeira visível nas peças. O aquecedor estava 'encostado' faz um tempo e alguns componentes que utilizei catei do lixo. Apenas fiz a limpeza de tudo após os testes, antes da montagem final!
E estes foram apenas alguns exemplos de usos de plásticos e borrachas na indústria automotiva. Ao longo do tempo mais e mais exemplos serão adicionados, aumentando ainda mais o embasamento teórico sobre o funcionamento daquilo que nos rodeia! Aguarde!
Pra sugestões, dúvidas ou reclamações, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com.
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FONTES e CRÉDITOS
Texto: Leonardo Ritter
Imagens e gráficos: Google Imagens, Khan Academy, ctborracha; Rubberpedia; Brasil Escola.
Fontes: Rubberpedia (Manuel Morato Gomes); CENTERFLON; FERCOM; Brasil Escola (Jennifer Fogaça); SABÓ; ANIP (Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos); Khan Academy; ctborracha; Dutra Borrachas; Afinko Polímeros; AkroPlastic; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).
Última atualização: 11 de Abril de 2025.
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