COMPORTAMENTO
MECÂNICO DOS
POLÍMEROS
As propriedades
mecânicas dos
polímeros são
caracterizadas pelo
modo com que esses
materiais respondem
às solicitações
mecânicas
aplicadas, podendo
estas últimas serem
do tipo tensões ou
deformações.
• POR QUÊ ESTUDAR?
A determinação e/ou conhecimento das propriedades
mecânicas é muito importante para a escolha do material
para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e
fabricação do componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do
material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas
estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou
transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se
deformar de forma incontrolável.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS
PARA POLÍMEROS
A caracterização do comportamento mecânico pode ser feita
atingindo-se ou não a ruptura do material. Os principais parâmetros
mecânicos a serem estudos nos polímeros são:
Módulo de elasticidade;
Limite de resistência à tração;
Resistência ao impacto;
Resistência a fadiga.
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do
material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las
COMO DETERMINAR AS
PROPRIEDADES MECÂNICAS?
A determinação das propriedades mecânicas é
feita através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra
representativa do material) para o ensaio
mecânico, já que por razões técnicas e
econômicas não é praticável realizar o ensaio na
própria peça, que seria o ideal.
PARA POLÍMEROS PODEM EXISTEM MODIFICAÇÕES DOS
PARÂMETROS DO ENSAIO BEM COMO DOS CORPOS DE ENSAIO.
Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das
medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os
resultados sejam comparáveis.
ASTM (American Society for Testing and Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
ENSAIO SIMPLES DE TRAÇÃO É
UTILIZADO PARA DETERMINAÇÃO
DESTES PARÂMETROS
Quando o comportamento físico mecânico de
um polímero é analisado, alguns fatores devem
ser levados em conta, sendo principalmente a
massa molecular, temperaturas
características e a temperatura na qual a
medida esta sendo feita.
São encontrados três tipos de comportamento tensão-deformação
tipicamente diferentes nos materiais poliméricos.
Frágil: a fratura ocorre
quando o material se
deforma apenas
elasticamente;
Plástica: semelhante aos
materiais metálicos;
Totalmente elástica: alta
deformação com baixa
tensão
Curvas típicas de tensão x deformação
PROPRIEDADES DETERMINADAS POR
ENSAIO DE TRAÇÃO
Módulo de elasticidade: determinação da mesma forma que nos metais.
Módulo de
elasticidade ou
Módulo de Young:
E= / 
PROPRIEDADES DETERMINADAS POR
ENSAIO DE TRAÇÃO
Ductilidade: determinação da mesma forma que nos metais.
• Corresponde à elongação (%) total do material devido à deformação
plástica
• %elongação=
(lf - lo/ lo)x100
Onde lf corresponde ao comprimento final após a ruptura
Representa uma medida
do grau de deformação
plástica que foi suportado
até a fratura
PROPRIEDADES DETERMINADAS POR
ENSAIO DE TRAÇÃO
POLÍMEROS PLÁSTICOS
• Tensão de escoamento: valor máximo na curva após o término da região
elástica linear- LIMITE DE ESCOAMENTO.
•Limite de resistência a tração (LRT): nível de tensão ao qual ocorre a fratura
Características
mecânicas dos
polímeros são sensíveis
a mudanças de
temperaturas
Curvas tensão x deformação para o acetato de celulose em várias Ts.
DEFORMAÇÃO DE POLÍMEROS
SEMICRISTALINOS
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
O módulo de
elasticidade pode
ser uma
combinação dos
módulos da fase
cristalina e da fase
amorfa
Deformação da parte amorfa: pode ser parcialmente elástica se tg<tambiente
Deformação elástica: temporária, reversível
Peça original
Durante tracionamento
Tracionamento encerrado
 Por que a deformação é elástica ?
 as moléculas enovelam-se novamente porque
assim retornam à posições com o menor nível de
energia possível.
DEFORMAÇÃO DE POLÍMEROS
SEMICRISTALINOS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Deformação da parte cristalina: plástica
Maior resistência
Estrutura altamente orientada
Deformação plástica: permanente, irreversível
Peça original
Durante tracionamento
Tracionamento encerrado
Plásticos AMORFOS (termoplásticos e termofixos):
 as cadeias não se desenrolam
 material resiste à deformação
 ruptura com pequena ou nenhuma deformação
Plásticos SEMICRISTALINOS, com Tg< ambiente:
 a parte amorfa se desenrola  pequena deformação elástica.
 material resiste à deformação até ruptura de planos da estrutura
cristalina  deformação plástica
 material rompe após grande deformação
DEFORMAÇÃO DOS ELASTÔMEROS
Elastômero: poucos ligações cruzadas  deformação elástica
Plástico flexível: sem ligações cruzadas  deformação plástica
Termofixo plástico: muitas ligações cruzadas pouca deformação
Vulcanização : Polímero linear ou ramificado + enxofre  polímero reticulado
Cross-link: ligação covalente primária entre macromoléculas vizinhas
Borrachas não vulcanizadas são
pouco resistentes e pouco
elásticas
Poucos cross-links  elasticidade
(elastômero)
Muitos cross-links  rigidez
(plástico)
DEFORMAÇÃO EM FIBRAS
FIBRAS
•Alta orientação molecular;
•Grande resistência à tração;
•Pouca deformação.
Fibras PLÁSTICAS:
 As cadeias não se desenrolam, porque não há o que ser desenrolado 
alto nível de orientação molecular
 Alta resistência à deformação e ruptura por tração
 Materiais: PA, PAN, PET, acetato de celulose
Fatores que influem no comportamento
mecânico dos polímeros
Inúmeros fatores influenciam as características mecânicas
dos materiais poliméricos. Fatores estruturais e de processamento
possuem influencias marcantes sobre o comportamento mecânico
dos polímeros.
As características estruturais que influenciam nestas propriedades
são:
Estrutura química
Cristalinidade
Massa Molecular
Plastificantes
Fibras para reforço
Elastômeros para tenacificação
ESTRUTURA QUÍMICA
O aumento do comprimento de grupos laterais proporciona
uma maior separação entre as cadeias principais, que, por sua
vez, proporciona uma maior mobilidade molecular, o que
resulta num aumento de flexibilidade.
CRISTALINIDADE
À medida que o grau de cristalinidade de um polímero aumenta, a
resistência e a dureza também aumentam.
Propriedades Mecânicas de PE com vários graus de cristalinidade
Propriedade
Densidade (g/cm3)
Tipo1
Tipo 2
0,910 -0,925 0,926-0,940
Tipo 3
0,941-0,965
Resistência à Tração (MPa)
4-16
8-24
20-38
Módulo sob Flexão (GPa)
0,05-0,4
0,4-0,7
0,7-1,8
Dureza, Rockwell D
41-48
50-60
60-70
Ordem de cristalinidade: Tipo 1 < Tipo 2< Tipo3
Massa Molecular
Com o aumento da massa molecular, um
maior número de moléculas entre
cristalinos aparecerá, amarrando assim a
estrutura de estado agregado.
Plastificantes, água e/ou monômero residual
Quando plastificantes são adicionados à formulação
de um polímero para reduzir a dureza no produto
acabado, altera-se fortemente seu comportamento
mecânico. A adição de plastificantes também provoca
um acentuado deslocamento da temperatura de
transição do modulo para valores mais baixos
Fibras para reforço
Considerando-se que a distribuição de esforços ou tensões
em uma matriz polimérica é uniforme, em todos os seus
pontos a presença de uma segunda fase dispersa nessa
matriz também sentira a solicitação aplicada no conjunto.
Se o modulo de elasticidade dessa segunda fase for
mais alto que a matriz, o resultado final será um
aumento nas propriedades mecânicas do composto.
Fibras para reforço
Esse efeito é conhecido como reforçamento por adição
de fibras, e é muito utilizado comercialmente para
melhorar o desempenho mecânico de polímeros.
Elastômeros para tenacificação
Utiliza-se elastômeros (borrachas) para aumentar a
tenacificação de polímeros frágeis.
Borracha
Representação de um filme de HIPS- PS + partículas de borracha.