Materiais poliméricos - Noções

São materiais orgânicos que compõe os plásticos e as borrachas 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 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)

Polímero: muitos meros 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

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)

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

Se o “Cl” de cada mero for substituído por um grupo metila CH3 teremos o polipropileno - PP

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

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 10.000 g/mol a 40.000 g/mol são sólidos a 25 C

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

Vulcanização da borracha

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

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

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)

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

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

Deformação elástica e plástica nos polímeros

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

Alguns polímeros são plásticos a temperatura ambiente e outros são rígidos

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

Efeito da transição vítrea sobre o comportamento de um polímero

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

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.

Técnicas de conformação: Em temperatura alta 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

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

Películas e filmes:Possuem espessuras entre 0,025 e 0,125 mm 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

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).