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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.

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1 Materiais poliméricos - Noções

2 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

3 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

4 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)

5 Se o último H de cada mero for substituído por um cloro, teremos o cloreto de polivinila - PVC

6 Se o Cl de cada mero for substituído por um grupo metila CH 3 teremos o polipropileno - PP

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9 Quando todas as unidades básicas repetidas (meros) são iguais = homopolímero Se duas ou mais unidades mero diferentes participam das moléculas = copolímero

10 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 g/mol a g/mol são sólidos a 25 C

11 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

12 Vulcanização da borracha

13 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

14 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

15 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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17 Determinação da tensão de escoamento e da resistência a tração em polímeros termoplásticos

18 Deformação plástica Movimento das partes amorfas em relação as partes cristalinas em vários estágios

19 Deformação elástica e plástica nos polímeros

20 Fenômenos de cristalização, fusão e de transição vítrea. Parte amorfa pode sofrer transição vítrea: fusão – sólido flexível – sólido rígido

21 Alguns polímeros são plásticos a temperatura ambiente e outros são rígidos

22 Influência da temperatura em um polímero. Mudança de vitreo para plástico

23 Efeito da transição vítrea sobre o comportamento de um polímero

24 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

25 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.

26 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

27 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

28 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

29 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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