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Material para a aula: Copo do IFSC Tampa de panela Polímeros

Para que serve esta disciplina?

Como definir qual o melhor material para um determinado fim Como definir qual o melhor material para um determinado fim? Exemplo: Copo Vidro Cerâmica Plástico Madeira Metal Papel Custo Durabilidade Aparência Finalidade Depende do: 4

Conceitos básicos 5

Algo pequeno e indivisível com o qual tudo é feito. O que é isso? O que é um átomo? Algo pequeno e indivisível com o qual tudo é feito. 6

Com o uso de microscópios especiais é possível chegar a um aumento (aprox. 100 milhões de vezes) em que praticamente é possível ver um átomo.

O que são elementos químicos? São “tipos de átomos”. Os elementos químicos são encontramos na tabela periódica. 8

Tabela periódica

Quais são os elementos químicos abaixo?

Os átomos tem forte tendência de se ligarem Os átomos tem forte tendência de se ligarem. Quando um grupo de átomos se liga entre si têm-se uma molécula.

Os átomos se ligam por meio de ligações químicas Os átomos se ligam por meio de ligações químicas. Basicamente existem 3 tipos de ligações químicas: Ligação iônica Ligação covalente Ligação metálica Isolantes Elétrons em posições fixas Elétrons livres Condutores

O que é um material? É um “amontoado” de átomos. Exemplos: Uma barra de ferro é composta por átomos de ferro. Um fio de cobre é composto por átomos de cobre.

O que é Aço? É um elemento químico? E ferro fundido, o que é?

Quais foram os conceitos básicos apreendidos?

Classificação dos Materiais

Tradicionalmente os materiais podem ser classificados em 3 grupos básicos, você sabe quais são?

Este esquema é baseado principalmente na constituição química e estrutura atômica.

Cerâmicas

Elementos não metálicos Cerâmicas + Elementos não metálicos Ligações iônicas ou predominantemente iônicas.

São normalmente óxidos, nitretos e carbetos. Cerâmicas Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são duras mas muito frágeis. São normalmente óxidos, nitretos e carbetos. O N C SiO2 H2O, Al2O3 Fe4N, Fe2N WC, SiC

Quais são as características gerais dos Cerâmicos?

Características Gerais dos Cerâmicos Ponto de fusão elevado (Al2O3 2072°C) C 3527oC SiO2 1600oC

Características Gerais dos Cerâmicos Em geral são opacos mas podem ser transparentes Dureza elevada Boa resistência à corrosão Densidade média Em geral são isolantes elétricos Isolantes térmicos Boa resistência ao desgaste Biocompatibilidade Frágeis (baixa resistência ao impacto) Maleabilidade ruim

Materiais Cerâmicos Tipos Exemplos Cerâmica Tradicional Cerâmica Avançada Tijolo, azulejo, porcelana, vidro, cimento, telhas, tijolos refratários. Diamante, óxido de zircônio, óxido de alumínio, carboneto de silício, semi-condutores, fibras ópticas.

Metais

Os elétrons não estão ligados a átomos particulares Metais + Ligação metálica Os elétrons não estão ligados a átomos particulares

Quais são as características gerais dos Metais?

Características Gerais dos Metais Não são transparentes à luz visível Dureza média Boa condutividade térmica e elétrica Boa maleabilidade Boa tenacidade Em geral, resistência à corrosão é ruim Em geral, densidade alta Ponto de fusão ~ 1000oC

Gálio Tfusão 29,77 °C

Materiais Metálicos Tipos Exemplos Metais leves Metais de baixo ponto de fusão Metais nobres Metais refratários Metais resistentes à corrosão Alumínio, Titânio, Magnésio Chumbo, Estanho, Zinco Ouro, Prata, Platina Tungstênio, Molibdênio Cobre, Latão, Bronze, Níquel

Polímeros

Polímeros Incluem a família do plástico e da borracha. Possuem estruturas moleculares muito grandes.

Elementos não metálicos Polímeros Hidrogênio + Elementos não metálicos Ligação Covalente

Quais são as características gerais dos Polímeros?

Características Gerais dos Polímeros Em geral opacos mas podem ser transparentes Bons isolantes térmicos e elétricos Boa plasticidade e elasticidade Baixa dureza Baixo ponto de fusão (Polietileno 135oC, Nylon 265oC) Resistência à corrosão média Baixa densidade

Materiais Poliméricos Tipos Exemplos Latex, pele, DNA, glicose, celulose, lignina, unha, chifre, cabelo, algodão, seda, proteína. Acrílico, isopor, PVC, Policarbonato, Náilon, PET Naturais Sintéticos

Até agora, nos conhecemos 3 classes básicas de materiais, quais foram?

Os Compósitos e os Materiais Avançados Além disso, ainda temos duas subclasses Os Compósitos e os Materiais Avançados

Compósitos

Introdução Tecnologias modernas exigem materiais com combinações incomuns de propriedades que não podem ser atendidas pelos materiais convencionais isoladamente.  Exemplo: Materiais com baixa densidade mas fortes e rígidos Materiais resistentes à abrasão e ao impacto e que não corroam.

O que são Compósitos? Material multifásico, obtido da combinação de materiais diferentes a fim de atingir propriedades que os componentes individuais não atingem. A principal característica dos compósitos é que as duas fases presentes são completamente distintas, formando uma interface entre elas.

Para que serve um Compósito? Um compósito é projetado para exibir uma combinação das melhores características de cada um dos materiais constituintes de modo a se obter uma otimização das propriedades.

Resina mais rígida que mantém as fibras unidas Compósitos Naturais Madeira Fibra de celulose (polímero) Lignina (polímero) Osso Colágeno (polímero) Hidroxiapatita (cerâmica) Flexíveis e resistentes Resina mais rígida que mantém as fibras unidas

Compósitos Sintéticos Fibra de vidro Fibras de vidro (cerâmico) Resina epóxi ou poliéster (polímero) Resistentes e rígidas, mas frágeis Dúctil e flexível, mas fraco.

Boa resistência à tração e aos cisalhamento Compósitos Sintéticos Concreto Armado Aço (metal) Concreto (cerâmica) Boa resistência à tração e aos cisalhamento Baixa resistência à tração Comportamento frágil

Compósitos Sintéticos Compósitos plásticos reforçados por fibra de carbono Fibra de carbono Resina epóxi ou poliéster (polímeros termofixos)

Compósitos Sintéticos Compósitos carbono-carbono Fibra de carbono Matriz de carbono Grande resistência mecânica e a fluência alta tenacidade baixa expansão térmica e ótima condutividade térmica.

Compósitos Sintéticos Cermets WC (cerâmica) Co ou Ni (metais) Dureza Tenacidade

Compósitos Sintéticos Embalagem Tetra Pak

Compósitos Sintéticos Folha de Flanders FeSn2

Materiais Avançados

Materiais Avançados São materiais tradicionais cujas propriedades foram melhoradas, ou então materiais de alto desempenho recentemente desenvolvidas.

Materiais Avançados Os materiais avançados podem ser de metais, cerâmicas e polímeros. Em geral são de alto custo. São eles: Semicondutores Biomateriais Materiais Nanoengenheirados

Resumo da aula