COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS POLÍMEROS

Apresentação em tema: "COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS POLÍMEROS"— Transcrição da apresentação:

1 COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS POLÍMEROS

2 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.

3 ? 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.

4 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

5 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.

6 ASTM (American Society for Testing and Materials)
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)

7 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.

8 Plástica: semelhante aos materiais metálicos;
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

9 PROPRIEDADES DETERMINADAS POR ENSAIO DE TRAÇÃO
Módulo de elasticidade: determinação da mesma forma que nos metais. Módulo de elasticidade ou Módulo de Young: E= / 

10 Onde lf corresponde ao comprimento final após a ruptura
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

11 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

12 Curvas tensão x deformação para o acetato de celulose em várias Ts.
Características mecânicas dos polímeros são sensíveis a mudanças de temperaturas Curvas tensão x deformação para o acetato de celulose em várias Ts.

13 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

14 Por que a deformação é elástica ?
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.

15 DEFORMAÇÃO DE POLÍMEROS SEMICRISTALINOS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Deformação da parte cristalina: plástica Maior resistência Estrutura altamente orientada

16 Deformação plástica: permanente, irreversível
Peça original Tracionamento encerrado Durante tracionamento 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

17 DEFORMAÇÃO DOS ELASTÔMEROS
Elastômero: poucos ligações cruzadas  deformação elástica Plástico flexível: sem ligações cruzadas  deformação plástica Termofixo plástico: muitas ligações cruzadas pouca deformação

18 Cross-link: ligação covalente primária entre macromoléculas vizinhas
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)

19 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

20 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

21 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.

22 Propriedades Mecânicas de PE com vários graus de 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 Tipo1 Tipo 2 Tipo 3 Densidade (g/cm3) 0,910 -0,925 0,926-0,940 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

23 Massa Molecular Com o aumento da massa molecular, um maior número de moléculas entre cristalinos aparecerá, amarrando assim a estrutura de estado agregado.

24 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

25 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.

26 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.

27 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.