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® Polímero de Polisulfeto de Fenileno para Aplicações do setor de Petróleo & Gás

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

Fortron® PPS FX4382T1 Modificado ao Impacto Extrusão de Tubos e Manguerias

Resistência a Solventes

Fortron® PPS FX4382T1 Após 24 Meses

Str

en

gth

Rete

ntion %

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 Aplicações em Petróleo e Gás

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

Fotos de Tubos de Riser Enroláveis

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.

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Todos os direitos reservados.

50

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Application and Development Engineer

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Alamenda Ministro Rocha Azevedo, 38

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Mobile +55-11-98573-0763

Fax +55-11-3147-3389

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