Polímeros de Engenharia EMI – Engenharia Mecânica 1º. Sem/2011 Luis Carlos Resnauer 2011/1 Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Introdução Macromoléculas constituídas por varias unidades repetitivas Do grego: Poli = muitas Mero = unidade Luis Carlos Resnauer 2011/1 Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto à sua origem Naturais PHB - polihidroxibutirato produzido por microorganismos Sintéticos PE, PP, PET, PC, nylon produzidos por reações químicas a partir de derivados de petróleo Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto ao comportamento térmico Termoplásticos – quando aquecidos amolecem e se solidificam quando removido o aquecimento Elastômeros – apresentam cadeias flexíveis quimicamente ligadas umas às outras Termofixos – apresentam ligações cruzadas, que impedem seu amolecimento quando aquecidos Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Termoplásticos Elastômeros Termofixos Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto à estrutura química Poliolefinas – PE, PP, EPDM Polímeros clorados - PVC Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto à estrutura química Poliéteres – poliacetal (ligação O–C–O) Polésteres – PET (ligação CO–O) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto à estrutura química Polamidas – nylon 6, 66, 11, 12, ... Poliuretanos – PU (ligação NH–CO–O) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto ao seu uso/custo Commodities – uso geral, produzidos em grandes quantidades, baixo custo Plásticos de Engenharia – usos específicos, produzidos em menores quantidades, custo elevado Plásticos Avançados – uso altamente especializado, produzido conforme demanda, custo extremamente elevado Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação CUSTO DESEMPENHO Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação Quanto à morfologia Amorfo – as moléculas estão orientadas aleatoriamente e elas estão entrelaçadas Cristalino – as moléculas apresentam empacotamento regular e ordenado em determinadas regiões Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Classificação entrelaçamentos (enroscos) Amorfo Cristalino Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Estrutura molecular Cristalitos Domínios Cristalinos (cristalitos) muito menores que cristais reais de cerâmicas e metais cristalito região amorfa Miscela Franjada Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Estrutura molecular Esferulitos Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros – Estrutura molecular Fatores que afetam a cristalinidade Fatores estruturais – estrutura química Linearidade da cadeia Grupos laterais Polaridade Fatores externos Impurezas ou aditivos Segunda fase Luis Carlos Resnauer 2011/1

Comportamento térmico Temperaturas características Temperatura de Transição Vítrea (Tg) Temperatura acima da qual há movimentação das cadeias da fase amorfa. Abaixo de Tg o polímero se apresenta duro, rígido e quebradiço Acima de Tg o polímero encontra-se no estado borrachoso Luis Carlos Resnauer 2011/1

Comportamento Térmico Luis Carlos Resnauer 2011/1

Comportamento Térmico Temperatura de fusão (Tm) Temperatura acima da qual desaparecem as regiões cristalinas pela fusão dos cristalitos Temperatura de cristalização (Tc) Temperatura abaixo da qual começam a aparecer as regiões cristalinas com a formação dos cristalitos Luis Carlos Resnauer 2011/1

Comportamento Mecânico Polímero Estrutura molecular Comportamento viscoso (como líquidos) Comportamento elástico (como sólidos) Viscoelasticidade É o fenômeno pelo qual o polímero apresenta características de um fluido e de um sólido ao mesmo tempo Luis Carlos Resnauer 2011/1

Comportamento Mecânico Influência dos parâmetros no comportamento mecânico Estrutura química – presença de grupos laterais Cristalinidade – aumento na cristalinidade produz aumento nas propriedades mecânicas Massa molar – aumenta resistência na ruptura, não afeta tensão de escoamento e módulo de Young Plastificantes – afeta grandemente as propriedades mecânicas (água e monômeros residuais agem como platificantes) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Plásticos de Engenharia Luis Carlos Resnauer 2011/1

Plásticos de Engenharia Características Módulo de elasticidade elevado Boa resistência ao impacto Boa resistência à tração Estabilidade dimensional a alta temperatura Resistência a degradação térmica e oxidação Temperatura de distorção térmica >100 ºC Módulo de elasticidade > 20.000 kgf/cm2 Resistência à tração > 500 kgf/cm2 Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polietileno de ultra alto peso molecular (PEAUPM ou UHMWPE) PEAD – linear – 200.000 a 500.000 g/gmol PEAUPM – 3 a 6 milhões g/gmol Uso: fibras de alto desempenho (substituição do Kevlar) Alta resistência à abrasão Inércia química Baixíssimo coeficiente de atrito A altíssima viscosidade impede processamento por processo convencionais (extrusão, injeção) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Poliacetal – POM Derivados de formaldeído ou de trioxano Cristalinidade de cerca de 75% Temperatura de fusão = 170 ºC Uso: substituição de metais em peças automobilísticas (carcaça de bombas, engrenagens) Estabilidade dimensional Resistência à corrosão, desgaste e abrasão Alta resistência química Luis Carlos Resnauer 2011/1

Poliamidas 6 e 6.6 Excelentes propriedades mecânicas Ótima resistência química à maioria dos solventes Uso: industria automotiva, elétrica e eletrônica Desvantages: absorção de água (em altas temperaturas provoca degradação) baixa resistência a ácidos Alta resistência à fadiga Boa resistência à impacto Boa resistência química a hidrocarbonetos alifáticos (ex.: gasolina) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Poliamidas - Tipos Luis Carlos Resnauer 2011/1

Poliamidas - Propriedades Luis Carlos Resnauer 2011/1

Poliamidas Aromáticas - Poliaramidas Possuem anéis aromáticos na sua estrutura. Ex.: Kevlar, Nomex Apresentam: Alta resistência à tração Resistência ao impacto Estabilidade dimensional Resistência ao calor Resistência química Luis Carlos Resnauer 2011/1

Policarbonato Alta transparência Altíssima resistência ao impacto Grande resistência ao calor Propriedades mecânicas constantes para a faixa de temperatura de -10 a 130 ºC Usos: indústria eletro-eletrônica (CD, DVD), mamadeiras, garrafas Luis Carlos Resnauer 2011/1

Outros plásticos de engenharia Poliimidas (PI) Estabilidade térmica > 500 ºC Alta resistência mecânica e química Policetonas – poliétercetona (PEK) e poliéter- étercetona (PEEK) Boa resistência à hidrólise Alta resistência a raios X, raios gama e beta Luis Carlos Resnauer 2011/1

Outros plásticos de engenharia Polissulfona (PSU) Alta estabilidade térmica Bom isolante elétrico Poliarilato (PAR) Boa estabilidade dimensional Excelentes propriedades dielétricas Alta resistência mecânica Luis Carlos Resnauer 2011/1

Outros plásticos de engenharia Polissulfeto de fenileno (PPS) Alta estabilidade térmica – longo tempo a até 200 ºC Excepcional resistência química Auto-extinguível Características dielétricas e isolantes Alto módulo de flexão e resistência à fluência Queima com baixa geração de fumaça Baixa absorção de umidade (0,01%) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros - Utilização Luis Carlos Resnauer 2011/1

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Polímeros - Processamento Termoplásticos Extrusão Injeção Termoformagem Termofixos Compressão/cura Moldagem por Injeção e Reação (RIM) Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros - Processamento Extrusão Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros - Processamento Injeção Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros - Reciclagem Luis Carlos Resnauer 2011/1

Polímeros - Reciclagem Luis Carlos Resnauer 2011/1