Disciplina: Introdução aos aos Processos de Fabricação

Apresentação em tema: "Disciplina: Introdução aos aos Processos de Fabricação"— Transcrição da apresentação:

1 Disciplina: Introdução aos aos Processos de Fabricação
Polímeros Prof. Romulo G. Lins

2 Introdução aos Polímeros
Etimologia da palavra “polímero” A palavra polímero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição). “muitas partes”

3 Introdução aos Polímeros
monômero mono (um) oligômero oligo (poucos) mero (unidade de repetição). mero H H H H H H H H n C C C C C C n C C H H etileno H H H polietileno H H H

4 Introdução aos Polímeros
Vantagens dos Polímeros Facilidade de fabricação; Economia em peso; Resistência à corrosão; Isolação elétrica; Baixa permeabilidade a vapores; Transparência; Características de amortecimento.

5 Introdução aos Polímeros
Desvantagens dos Polímeros Baixa resistência mecânica; Instabilidade dimensional; Termicamente instáveis; Sujeitos à deterioração; Odor; Dificuldade de reparação.

6 Introdução aos Polímeros
Propriedades variadas conforme o tipo de polímero Poliestireno (isopor) e Nomex® (poliamida)

7 Introdução aos Polímeros
História dos polímeros 1500 – Bolas de látex natural - civilização Maia; 1839 – Vulcanização da borracha com enxofre, a 270 ºC – C. Goodyear; 1907 – Sintetização do primeiro polímero (baquelite, isolante eléctrico) - L. Bakeland; 1917 – Descoberta da estrutura da celulose por M. Polani; 1920 – Teoria da polimerização por Staudinger (prémio Nobel da química); 1927 – Produção em larga escala de PVC (policloreto de vinila); 1930 – Invenção de PS (poliestireno, utilizado em emba- lagens); Materiais e Processos de Fabricação

8 Introdução aos Polímeros
História dos polímeros (cont.) 1938 – Invenção do nylon (W. Carothers DuPont); 1941 – Invenção do polietileno (embalagens, etc); 1970 – Desenvolvimento de polímeros moldados a tempera- tura mais elevada; 1976 – Indústria dos plásticos supera a do aço. Hoje em dia utiliza-se mais plástico que aço, alumínio e cobre juntos.

9 Introdução aos Polímeros Mercado dos polímeros

10 Introdução aos Polímeros
Polímeros e polimerização Polimerização – produtos simples (monômeros) reagem entre si, combinando suas moléculas, formando macromoléculas, caracterizadas pela repetição de uma unidade básica (meros). H H H H H C C C C C H C H H H C C n n H H H H polietileno H etileno 10/68

11 Introdução aos Polímeros
Como é obtido o Monômero? Petróleo e Gás Natural; Hulha e carvão mineral; Produtos Naturais.

12 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros Classificação quanto ao comportamento mecânico “Plásticos” Materiais Poliméricos Elastômeros Plásticos Elastômeros Se deformam plasticamente Se deformam elasticamente

13 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros Classificação quanto a estrutura Termoplásticos Deformáveis por calor; Menos rígidos; Estabilidade térmica e dimensional limitada; Podem ser reciclados. Termorrígidos (termofixos ou termoestáveis) Forma sólida por calor + cura; Mais rígidos; Melhor estabilidade térmica e dimensional; Degradam com o calor.

14 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros Classificação quanto à aplicação Polímeros... de alto desempe- nho ou especiais de uso específico ou de engenharia de uso geral

15 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros Classificação quanto a ocorrência Naturais Encontrados na natureza; ex. celulose, algodão, lã de carneiro... Sintéticos Obtidos artificialmente; ex. acrílico, isopor®, teflon...

16 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros Classificação quanto ao número de diferentes meros presentes no polímero

17 Introdução aos Polímeros
Classificação dos polímeros COPOLÍMEROS Meros diferentes F F aleatório alternado bloco grafitizado

18 Introdução aos Polímeros
Cristalinidade dos polímeros Polímeros são cadeias longas... Polímero 100% Cristalino???

19 Introdução aos Polímeros
Variação das propriedades com a cristalinidade Amorfo Cristalino

20 Introdução aos Polímeros
Propriedades térmicas 20/68

21 Introdução aos Polímeros
Propriedades térmicas Temperatura de Transição Vítrea (Tg) – as cadeias que formam os cristais se desprendem tornando-se amorfas. Na prática o polímero se torna mais flexível; Temperatura de Fusão (Tm) – as cadeias adquirem mobilidade e o polímero torna-se viscoso. A partir desse ponto o material pode ser moldado; Alguns materiais (polietileno, polipropileno) apresentam Tg bem abaixo da Tamb, por isso, são flexíveis; Policarbonatos e poliestireno, por exemplo, são frágeis e quebradiços por que suas temperaturas de transição vítrea se situam bem acima da Tamb.

22 Introdução aos Polímeros
Propriedades térmicas

23 Introdução aos Polímeros Propriedades mecânicas
O aumento da temp. reduz a σrup e aumenta a ductilidade.

24 Introdução aos Polímeros
ADITIVOS São substâncias adicionadas (misturadas) ao polímero para produção de peças; Normalmente fazem parte do “segredo industrial” do responsável pelo processamento do polímero; Geralmente são adicionados para: Alterar as propriedades do material, por exemplo, para torná-lo mais duro, flexível ou reduzir o custo; Prevenir/minimizar a degradação durante o uso ou mesmo durante o processamento; Os mais comuns são:

25 Introdução aos Polímeros
ADITIVOS 1. Plastificantes – melhoram a flexibilidade e a ductilida- de, mas reduzem a rigidez e dureza do produto; Carga – ou enchimento, tem a função de alterar pro- priedades mecânicas (fibras de vidro, carbono, etc) ou reduzir custo (serragem, cinza e pós-metálicos); Catalisadores – aumentam ou retardam a velocidade das reações químicas; Corantes e pigmentos – conferem cor ao material; Estabilizadores – tem a função de interferir no processo de degradação do polímero. Reduzindo a degradação do material sob efeito de luz ou temperatura;

26 Introdução aos Polímeros
ADITIVOS Lubrificantes – auxiliam nos processos de fabricação, reduzindo o atrito do material com as paredes dos moldes e máquinas e, também, melhorando as proprie- dades de escomento; Agentes de cura – são adicionados para desencadear a reação de cura, fazendo parte da molécula do polímero formado; Retardadores de chama – para evitar/reduzir a flamabilidade dos polímeros (por segurança); Agentes de esponjamento – provocam a expansão do polímero através da geração de um gás. São utilizados para produção das espumas expandidas.

27 Introdução aos Polímeros
Polímeros mais comuns Consumo brasileiro de resinas

28 Introdução aos Polímeros
mais comuns

29 Introdução aos Polímeros Polímeros mais comuns Identificação - Reciclagem

30 Introdução aos Polímeros
Polietileno (PE) Polimerização 30/68

31 Introdução aos Polímeros
Polietileno (PE) Vantagens: Baixo custo; Elevada resistência química; Boa resistência a impacto, mesmo em baixas tem- peraturas; Excelente isolante térmico; Pode ser usinado e soldado; Naturalmente é branco; Baixo índice de absorção de água; Inodoro; Atóxico.

32 Introdução aos Polímeros
Polietileno (PE) Limitações: Baixa resistência mecânica; Sofre ação de raios ultravioleta e ozônio; Pouca resistência ao corte; Oxida em altas temperaturas (degrada-se).

33 Introdução aos Polímeros
Polietileno (PE) Há quatro tipos básicos: - Polietileno de Baixa Densidade (PEBD); Polietileno de Alta Densidade (PEAD); - - Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL); - Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM). Mais resistentes e mais rígidos Mais flexíveis e tenazes

34 Introdução aos Polímeros Polietileno (PE)
Algumas aplicações: Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) – Sacolas plásticas, sacos de lixo, filmes, laminados, embalagens, brinquedos, isolamento de fios; Polietileno de Alta Densidade (PEAD) – garrafas, brinquedos, materiais hospitalares, tubos, tanques de combustível automotivos, etc; Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL) – Em balagens de alimentos, utensílios domésticos, etc; Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM) – Engrenagens, componentes para bombas de líquidos corrosivos, implantes de ossos, etc;

35 Introdução aos Polímeros
Polietileno (PE) Densidade = 0,98 g/cm3 Densidade = 0,92 g/cm3

36 Introdução aos Polímeros
Polipropileno (PP) Possui propriedades semelhantes ao PE com menor densidade e maior resistência ao calor. Além de maior dureza e resistência a tração.

37 Introdução aos Polímeros
Polipropileno (PP) Vantagens: Baixo custo; Elevada resistência química e a solventes; Fácil moldagem; Fácil coloração; Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga; Boa resistência ao impacto acima de 15oC; Boa estabilidade térmica.

38 Introdução aos Polímeros
Polipropileno (PP) Limitações: Baixa resistência mecânica, mas é maior do que o polietileno; Sofre ação de raios UV e agente oxidante; Resistência limitada à temperatura; Oxidação em temperaturas elevadas; Perda da resistência em baixas temperaturas.

39 Introdução aos Polímeros
Polipropileno (PP) Algumas aplicações: Fibras para tapetes, tecidos, embalagens, pás de ventilado- res, cabos de ferramentas, tubos de canetas, cadeiras, se- ringas de injeção, componentes automotivos (pedais, car- caças de baterias, ventoinhas, peças diversas do interior), etc. Há uma tendência no sentido de se utilizar exclusivamente o PP no interior dos automóveis. Isso facilitaria a reciclagem do material por ocasião do sucateamento veículo.

40 Introdução aos Polímeros
Poli(cloreto de vinila) (PVC) - Principais propriedades: Baixo custo; Elevada resistência a chama, pela presença do cloro; Elevada dureza. 40/68

41 Introdução aos Polímeros
Poli(cloreto de vinila) (PVC) Limitações: O processamento requer cuidado, mas com a adição de plastificantes o processamento por injeção, extrusão e termoformagem tornam-se viáveis; O monômero e o plastificante pode ser cancerígeno, de- vido a presença do cloro !?!?!?!? O PVC está no topo da lista dos polímeros mais prejudiciais a saúde hu- mana, segundo o:

42 Introdução aos Polímeros
Poli(cloreto de vinila) (PVC) Algumas aplicações: Perfis de PVC garantem isolamento termoacústico Tubulação de água

43 Introdução aos Polímeros
Poliestireno (PS)

44 Introdução aos Polímeros
Poliestireno (PS) PROPRIEDADES Baixo custo; Fácil processamento; Fácil coloração; Elevada resistência a ácidos; Semelhante ao vidro; Baixa densidade e absorção de umidade; Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries.

45 Introdução aos Polímeros
Poliestireno (PS) Há 4 tipos básicos, com as seguintes aplicações: PS cristal – usado em copos e pratos descartáveis, etc; PS resistente ao calor – peças de máquinas ou automó- veis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicio- nado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, exaustores, etc; PS de alto impacto – Muito usado na fabricação de uten- sílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos; PS expandido – é utilizado como protetor de equipamen- tos, isolantes térmicos, forros. O Isopor® (material com densidade de 2 a 3 % da original) é o produto mais utili- zado desse tipo de poliestireno.

46 Introdução aos Polímeros
Poliestireno (PS) Algumas aplicações:

47 Introdução aos Polímeros
Polietileno tereftalato (PET) PROPRIEDADES Transparente, quando amorfo, ou translúcido quando semi-cristalino; Baixíssima permeabilidade ao CO2 (gás das bebi- das); Boa resistência mecânica (muito boa ao impacto).

48 Introdução aos Polímeros
Polietileno tereftalato (PET) Algumas aplicações: Materiais e Processos de Fabricação

49 Introdução aos Polímeros
Acrílicos Poli(metacrilato de metila) Poliacrilonitrilo

50 Introdução aos Polímeros
Acrílicos Algumas aplicações: Poli(metacrilato de metila) PMMA + amorfo Poliacrilonitrilo PAN + cristalino 50/68

51 Introdução aos Polímeros
Poliuretano - PU Poliuretanos lineares (termoplásticos) Elevada resistência química, tenazes, resistentes a abrasão. Poliuretanos Termorrígidos Ampla faixa de propriedades dependendo do grau de ligações cruzadas entre as moléculas.

52 Introdução aos Polímeros
Poliuretano - PU Algumas aplicações: Poliuretano linear (termoplástico) Poliuretano termorrígido

53 Introdução aos Polímeros
Poliamida (PA) – (nylon®) PROPRIEDADES Elevada resistência à tração; Resistência ao impacto; Resistência à abrasão; Resistem a ação de óleo; São amolecidos por álcoois e água.

54 Introdução aos Polímeros
Poliamidas – (nylon®) Algumas aplicações:

55 Introdução aos Polímeros
Fluoroplásticos Politetrafluoretileno (PTFE) – Teflon® É altamente cristalino com elevada resis- tência ao calor, antiaderente e com baixís- simo coeficiente de atrito. Policlorotrifluoretileno (PCTFE) É resistente à umidade, intempéries, ataques de solventes e à inflamação.

56 Introdução aos Polímeros
Fluoroplásticos – Teflon PTFE Algumas aplicações: Teflon® - PTFE PCTFE

57 Introdução aos Polímeros
Polioxibenzimetilenglicolanidrido Polímeros fenólicos – Baquelite (termofixo) Sua resina pura resulta da reação do formaldeído com o fenol e tem a fórmula estrutural como segue: Principal propriedade: Ótimo isolamento elétrico e térmico.

58 Introdução aos Polímeros
Polímeros fenólicos – Baquelite (termofixo) Algumas aplicações: Terminais para lâmpadas fluorescentes, equipamentos elétricos e mecânicos, cabos de panelas e talheres.

59 Introdução aos Polímeros
Silicones Cadeia principal formada por ligações contendo Si. Esta estrutura confere a maior resistência ao calor.

60 Introdução aos Polímeros
Silicones Algumas aplicações: Borrachas de silicone, graxas, colas, vernizes, implantes dentários, cirurgias plásticas... 60/68

61 Introdução aos Polímeros Elastômeros
Tipos e características: - Borracha – o polímero mais comum é composto por 75% de butadieno e 25% de estireno. É resistente à abrasão, eletricidade e à água. A borracha natural (látex) e a sintéti- ca tem essas mesmas propriedades, mas as últimas cus- tam menos e tem melhor resistência a óleos, calor e luz; Copolímero de etileno acetato de vinil – EVA – material muito aplicado em viseiras, chinelos e solados de tênis; Policloroprene – Neoprene – muito utilizado em roupas impermeáveis de mergulho e surf e também como isolante elétrico. Principal propriedade: Campo de deformação elástica grande.

62 Introdução aos Polímeros
Para refletir.... Muitos produtos são armazenados em embalagens plásticas; Muitas roupas contém nylon e poliester; Tênis e sapatos são feitos de materiais sintéticos; O leite é vendido em caixinhas e garrafas plásticas; Os encanamentos e eletrodutos são de PVC e PP; Os colchões são de poliuretanos expandidos, as caixas de isopor de poliestireno também expandido; Como seria nossas vidas sem o “plástico”

63 Introdução aos Polímeros
Para refletir....

64 Introdução aos Polímeros
Para refletir.... Olhe para si mesmo, seus óculos devem ser de policarbonato ou outro polímero mais recente, com filmes poliméricos (anti-reflexo e anti-risco); Nossas roupas têm materiais que não existiam há 60 anos; A garrafa de refrigerante nem sempre pode ser polimérica... Pense na natureza: Onde todo este “plástico” irá parar? Os polímeros demoram para se decompor na natu- reza e muitos não se decompõem nunca;

65 Introdução aos Polímeros
Para refletir.... 12. Saiba também que a maioria dos polímeros são não provenientes renovável. do petróleo, uma fonte natural Prefira consumir produtos armazenados em embalagens de material reciclável, assim você estará garantindo um futuro melhor para as próximas gerações... Afinal como nós viveríamos sem os polímeros?

66 Introdução aos Polímeros
ANEXOS

67 Introdução aos Polímeros
Tabela de Propriedades e Aplicações

68 Introdução aos Polímeros
Tabela (continuação)

69 Introdução aos Polímeros
Tabela (continuação) Materiais e Processos de Fabricação Fonte: Cadore, S., Matoso, E. e Santos, M. C.. A espectrometria atômica e a determinação em material polimérico. Quím. Nova, vol. 31, nº 6, São Paulo, 2008. de elementos metálicos