Materiais poliméricos Noções
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
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
A cadeia polimérica se forma a partir de um
espécime iniciador ou catalisador
• A cadeia polimérica
• Se todos os “H” forem
se forma então por
substituídos por “F” o
adição (quebra da
polímero resultante
ligação dupla gerando
será o
valências para
“politetrafluoretileno”
agregar novos meros)
(teflon)
por adição seqüencial
de unidades
monoméricas de
polietileno a esse
centro iniciador.
Se o último “H” de cada mero for
substituído por um cloro, teremos o
cloreto de polivinila - PVC
Se o “Cl” de cada mero for substituído por um
grupo metila CH3 teremos o polipropileno - PP
• Quando todas as
unidades básicas
repetidas (meros) são
iguais =
homopolímero
• Se duas ou mais
unidades mero
diferentes participam
das moléculas =
copolímero
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
•
•
•
•
•
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
Vulcanização da borracha
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
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
Propriedades mecânicas, mesmos
parâmetros usados para os metais
• Curva A: polímeros
frágeis termofixos
(polimetilmetacrilatoacrílico)
(fenolformaldeídobaquelite)
• Curva B: polímeros
plásticos: polietileno
ptfe teflon pvc pp etc
(termoplásticos)
• Curva C: polímeros
altamente elásticos
(elastômeros borrachas)
Determinação da tensão de escoamento e da
resistência a tração em polímeros termoplásticos
Deformação plástica
• Movimento das partes amorfas em
relação as partes cristalinas em vários
estágios
Deformação elástica e plástica nos polímeros
Fenômenos de cristalização, fusão
e de transição vítrea.
• Parte amorfa pode
sofrer transição
vítrea: fusão – sólido
flexível – sólido rígido
Alguns polímeros são plásticos a
temperatura ambiente e outros são rígidos
Influência da temperatura em um polímero.
Mudança de vitreo para plástico
Efeito da transição vítrea sobre o comportamento de um polímero
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
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.
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
• 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
• 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
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).