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Materiais poliméricos - Noções
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São materiais orgânicos que compõe os plásticos e as borrachas
• Tem sua química baseada no “C” e no “H” e em outros elementos não metálicos ( F,O,N etc...) possuindo estruturas moleculares muito grandes (macromoléculas)
• Características gerais:• Baixa densidade• Baixo ponto de
amolecimento e fusão.• Grande deformabilidade
(termoplásticos)• Baixa resistência • Baixa dureza• Isolantes térmicos• Resistem bem a degradação
por produtos inorgânicos e pouco a produtos orgânicos
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As ligações entre “C” e “H” são do tipo covalente tendo o “C” valência 4. Entre as moléculas muitas
ligações são do tipo de van der waals - fracas
• Os polímeros são formados a partir de unidades orgânicas chamadas “MEROS“ que se repetem sucessivamente ao longo da cadeia.
• Monômero: 1 mero• Polímero: muitos
meros
• Ex: Por adição o etileno em condições adequadas de temperatura e pressão vira polietileno
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A cadeia polimérica se forma a partir de um espécime iniciador ou catalisador
• A cadeia polimérica se forma então por adição (quebra da ligação dupla gerando valências para agregar novos meros) por adição seqüencial de unidades monoméricas de polietileno a esse centro iniciador.
• Se todos os “H” forem substituídos por “F” o polímero resultante será o “politetrafluoretileno” (teflon)
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Se o último “H” de cada mero for substituído por um cloro, teremos o
cloreto de polivinila - PVC
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Se o “Cl” de cada mero for substituído por um grupo metila CH3 teremos o polipropileno - PP
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• Quando todas as unidades básicas repetidas (meros) são iguais = homopolímero
• Se duas ou mais unidades mero diferentes participam das moléculas = copolímero
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Peso molecular (peso da cadeia)
• Quanto maior o peso molecular, maior o ponto de fusão ou amolecimento.
• Até 100 g/mol são líquidos ou gases a 25 C
• De 100 g/mol a 1000 g/mol são sólidos pastosos a 25 C. (ex cera parafínica)
• De 10.000 g/mol a 40.000 g/mol são sólidos a 25 C
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Estruturas moleculares• A) polímeros lineares: As unidades
mero são unidas ponta a ponta em cadeias únicas. Grande quantidade de ligações de Van der waals entre as cadeias.
• Ex: polietileno, PVC, poliestireno, polimetilmetacrilato poliamidas (Nylon)
• Polímeros ramificados: Cadeias de ramificações laterais encontram-se conectadas as cadeias principais. Diminuição da densidade do polímero. Ex: mesmos acima mas com baixa densidade.
• Polímeros com ligações cruzadas: As cadeias lineares estão unidas umas as outras em várias posições através de ligações covalentes. Ex: Borrachas vulcanizadas onde as ligações cruzadas são causadas pelo aditivo (“S”).
• Polímeros de rede:Possuem 3 ligações covalentes ativas formando redes tridimensionais: Ex: polímeros termofixos – Baquelite, resina epoxi, etc
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Vulcanização da borracha
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Cristalinidade dos polímeros
• Diferente dos metais e cerâmicos, é um empacotamento de cadeias moleculares.
• Em geral são parcialmente cristalinos
• Parte cristalina –com ordem
• Parte amorfa – sem ordem
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Grau de cristalinidade depende da taxa de resfriamento durante a solidificação e da
configuração da cadeia• Quanto mais simples a cadeia
maior a cristalinidade.
• Maior a cristalinidade – maior a densidade
• Maior a cristalinidade – maior a resistência mecânica
• Maior a cristalinidade – maior a resistência ao calor (ao amolecimento)
• Maior a cristalinidade – maior a resistência à degradação. (dissolução0
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Propriedades mecânicas, mesmos parâmetros usados para os metais
• Curva A: polímeros frágeis termofixos (polimetilmetacrilato- acrílico) (fenolformaldeído-baquelite)
• Curva B: polímeros plásticos: polietileno ptfe teflon pvc pp etc (termoplásticos)
• Curva C: polímeros altamente elásticos (elastômeros -borrachas)
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Determinação da tensão de escoamento e da resistência a tração em polímeros termoplásticos
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Deformação plástica
• Movimento das partes amorfas em relação as partes cristalinas em vários estágios
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Deformação elástica e plástica nos polímeros
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Fenômenos de cristalização, fusão e de transição vítrea.
• Parte amorfa pode sofrer transição vítrea: fusão – sólido flexível – sólido rígido
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Alguns polímeros são plásticos a temperatura ambiente e outros são rígidos
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Influência da temperatura em um polímero. Mudança de vitreo para plástico
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Efeito da transição vítrea sobre o comportamento de um polímero
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Polímeros termoplásticos e termofixos
• Termoplásticos: Amolecem quando são aquecidos e depois se liquefazem, endurecendo quando são resfriados, processo reversível. Transição vitrea
• Termofixos: São permanentemente duros e não amolecem quando aquecidos devido as ligações cruzadas covalentes entre as cadeias. Em temperaturas excessivas o polímero se degrada se destroem as moléculas Ex: Borracha vulcanizada, resina epoxi, resina fenólica, resina poliester
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Fluência viscoelástica
• Muitos polímeros são suscetíveis a sofrer fluência viscoelástica: lenta deformação com cargas baixas e por longos períodos de exposição.
• Ex: Pneus em carros parados por muito tempo.
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Técnicas de conformação: Em temperatura alta. Parte amorfa T maior que a temperatura vitrea e parte cristalina
T maior que temperatura de fusão. • Moldagem:• Por compressão:
Polímero prensado contra matrizes aquecidas apenas uma é móvel
• Por Injeção: Material peletizado é empurrado através de uma câmara de aquecimento para dentro de uma matriz. A pressão é mantida até o esfriamento
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• Extrusão: Moldagem por injeção de um termoplástico viscoso através de uma matriz com extremidade aberta. Uma rosca sem fim empurra o material peletizado compactando fundindo e conformando pelo orifício da matriz. Bastões tubos filamentos mangueiras
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• Películas e filmes:Possuem espessuras entre 0,025 e 0,125 mm. Usados como sacos para embalagens. São extrudados por um fino rasgo seguido por uma laminação para reduzir a espessura e melhorar a resistência
• Ex: polietileno, polipropileno, celofane e acetato de celulose
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Espumas
• Materiais plásticos muito porosos são produzidos por espumação: Tanto termoplásticos como termofixos podem ser produzidos por espumação. Adiciona-se um agente de espumação que quando aquecido libera um gás com a sua decomposição. As bolhas de gás são geradas em toda a massa fluída durante o aquecimento. Após o resfriamento tem-se a formação de poros tipo esponjas. Pode-se conseguir algo parecido borbulhando um gás inerte no material fundido.
• Materiais submetidos a espumação: Poliuretano, borracha Poliestireno (isopor) cloreto de polivinila (PVC).
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