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Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e MucuriBacharelado em Ciência e Tecnologia

Teófilo Otoni - MG

Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira

Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira

POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS

Os polímeros podem ser classificados em termoplásticos e termofixos.

TERMOPLÁSTICOS

• Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes, desde que reaquecidos (são facilmente recicláveis).

• Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos.• Lineares ou ramificados.

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TERMOFIXOS

• Podem ser conformados plasticamente apenas emum estágio intermediário de sua fabricação.• O produto final é, em geral, rígido e não apresentaescoamento (não se liquefaz) com o aumento datemperatura.• São insolúveis e infusíveis.• Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos.• Usualmente amorfos.• Possuem uma estrutura tridimensional em rede comligações cruzadas.

ELASTÔMEROS

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TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA - Tg

-Do inglês: glass temperature (Tg)

-Temperatura na qual o polímero apresenta a transição noestado no qual apresenta as características de umaborracha para o estado rígido.

-É devida a uma redução no movimento de grandessegmentos das cadeias moleculares.

-A Tg corresponde a uma transformação gradual de umlíquido em um material borrachoso e, finalmente, em umsólido rígido.

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TRANSIÇÕES TÉRMICAS

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Utilização do polímero de acordo com a temperatura

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SIMBOLOGIA

PEBD X PEAD

O polietileno de baixa densidade –PEBD - tem muitas ramificações e é menosresistente que o polietileno de alta densidade -PEAD - que praticamente não possuiramificações.

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PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS

-A técnica usada para o processamento de umpolímero depende basicamente:1.do material ser termoplástico ou termofixo,

2.da temperatura na qual ele amolece (no caso dematerial termoplástico),

3.da estabilidade química (resistência à degradaçãooxidativa e à diminuição da massa molar das moléculas)do material a ser processado,

4.da geometria e do tamanho do produto final.

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- Os materiais poliméricos normalmente são processadosem temperaturas elevadas (> 100 ºC) e geralmente com aaplicação de pressão.

- Os termoplásticos amorfos são processados acima datemperatura de transição vítrea e os semicristalinosacima da temperatura de fusão. Em ambos os casos aaplicação de pressão deve ser mantida durante oresfriamento da peça para que a mesma retenha suaforma.

- Os termoplásticos podem ser reciclados.

PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS

TERMOFIXOS-Geralmente é feito em duas etapas:

1. Preparação de composição reativa contendo polímerode baixo peso molecular - algumas vezes chamado “pré-polímero”.

2. Processamento e cura (reticulação, vulcanização) do“pré-polímero” para obter uma peça dura e rígida,geralmente em um molde que tem a forma da peçaacabada.

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-As ligações formadas entre as cadeias de polímerosfazem com que o polímero fique mais firme.

-A borracha natural é macia demais e quimicamentereativa para produzir um material útil.

-Através da vulcanização da borracha (formação deligações cruzadas entre as cadeias de polímeros) produz-se materiais úteis.

-A borracha com ligações cruzadas é mais firme, maiselástica e menos suscetível à reação química.

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- A etapa de “cura” pode ser realizada através deaquecimento ou pela adição de catalisadores, em geralcom a aplicação de pressão.

- Durante a “cura” ocorrem mudanças químicas eestruturais em escala molecular, com formação deligações cruzadas ou reticuladas.

- Os polímeros termofixos são dificilmente recicláveis,não são fusíveis, podem ser usados em temperaturasmaiores do que as temperaturas de utilização dostermoplásticos e são quimicamente mais inertes.

PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS

Processamento de polímeros termoplásticos

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-Existem diversos métodos para produzir peças ou componentespoliméricos;-As técnicas utilizadas para conformar os polímeros dependemda natureza deles;-Os termoplásticos são conformados a partir de grande variedadede técnicas;

*O polímero termoplástico é aquecido, próximo ou acimada temperatura de fusão, de modo que ele se comporte comoborracha ou líquido, é então introduzido em um molde ou emuma matriz, para se produzir a forma desejada.

*Elatômeros termoplásticos podem ser conformados domesmo modo.

*Nesses processos, as rebarbas e sobras podem serrecicladas e o desperdício é minimizado.

*Um menor número de técnicas é utilizado para ostermofixos, uma vez que a reticulação tenha ocorrido eles nãopodem mais ser moldados.

TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO

• Processos Contínuos– Extrusão de filmes, extrusão de fibras

• Preenchimento de molde– Moldagem por injeção, moldagem por compressão

• Moldagem de pré-forma– Sopro, conformação térmica

• Moldagem gradual– Revestimento, moldagem por rotação

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EXTRUSÃO

-É a técnica mais utilizada.

-Tem 2 propósitos: *produzir continuamente polímeros sob formas

simples e regulares;*funcionar como misturador eficiente entre os

aditivos e os polímeros

EXTRUSORA

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-Um mecanismo em forma de rosca empurra o termoplástico aquecido e aditivos, através de uma abertura da matriz para produzir formas sólidas, filmes, chapas, tubos, sacos plásticos, etc.

-Uma extrusora industrial pode ter de 18 a 21 m de comprimento.

EXTRUSORA

MOLDAGEM POR INJEÇÃO

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-O molde é fechado, a válvula é aberta e o polímero éempurrado para dentro do molde, pela rosca que servede êmbolo.

-Após a infeção, uma grande pressão é aplicada paracompensar a retração no molde por resfriamento.

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Vídeo: http://youtu.be/Wd4vIvT_MywProcessamento de polímero por injeção

EXTRUSÃO DE FILMES

-Uma pré-forma oca de um termoplástico é introduzida emuma matriz e por pressão do ar é expandida contra asparedes do molde.

-Na extrusão de filmes e películas, o material é extrudadoatravés de um jato de ar soprado e resfriado por outro jatode ar cuja temperatura é controlada.

-Depois o filme é achatado entre 2 roletes de tração e ébobinado

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EXTRUSÃO DE FILMES

Vídeo: http://youtu.be/bu_QoXQUzJUProcessamento de filmes poliméricos por extrusão

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-O polímero resfria-se dentro do molde até umatemperatura abaixo da Tg (polímeros amorfos) ouabaixo da Tf (polímeros semicristalinos).

-O objeto solidificado é extraído do molde compinos extratores.

-Um novo ciclo pode começar.

MOLDAGEM POR SOPRO

-Uma pré-forma oca de um termoplástico é introduzida em umamatriz e por pressão do ar é expandida contra as paredes do molde.

-Esse processo é usado para produção de garrafas plásticas,recipientes, tanques de combustível de automóvel e outras formasocos.

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Vídeo: http://youtu.be/bu_QoXQUzJUProcessamento de polímero: moldagem por sopro

-Moldagem por Termoformação: chapas de plímerotermoplástico podem ser conformadas em uma matrizpara produzir vários produtos, como caixas de ovos,painéis decorativos. A moldagem pode ser feita utilizandomoldes duplos, a vácuo ou sob pressão de ar.

-Calandragem: Em uma calandra, plástico fundido évazado em um conjunto de rolos com uma pequenaabertura. Uma fina camada de polímeros passa pelosrolos, que podem ter um padrão em alto relevo.Ex.: cortinas de boxes.

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-Fiação: o polímero termoplástico fundido é pressionado por um molde contendo pequenos furos. O molde (fieira) pode girar e produzir fios trançados de tecidos. Ex.: filamentos, fibras e fios de tecido.

-Vazamento: os polímeros podem ser vazados em moldese solidificados neles. Os moldes podem ser de vidro paraproduzir grossas chapas ou correias móveis de açoinoxidável para o vazamento contínuo de chapas maisfinas. A moldagem rotativa é um processo especial onde aação centrípeda força o polímero contra as paredes domolde, produzindo uma forma fina.-Ex.: toldos.

-Moldagem por Compressão: a maioria dos termofixos éformada colocando-se se o material sólido antes dareticulação em uma matriz aquecida. A aplicação de altapressão e o controle da temperatura fazem o polímero fundir,preencher o molde e endurecer.Ex.: pára-lamas e paineis de automóveis

-Moldagem por Injeção Reativa: termofixos na forma deresinas liquidas são injetados em um misturador e colocadosem um molde aquecido para serem conformados. Ummaterial de reforço constituído de partículas ou fibras curtasé introduzido no molde e impregnnado pelas resinas líquidaspara produzir o compósito.Ex.: amortecedores de automóveis e móveis

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-Espumas: o polímero é produzido na forma degrânulos, frequentemente contendo um agente deexpansão. Durante o processo de pré-expansão, ogrânulo aumenta seu diâmetro em até 50 vezes.-São injetados em uma matriz, com os grânulosindividuais fundindo-se uns aos outros, sob vapor, paraformar produtos leves com baixa densidade.Ex.: copos descartáveis, material para embalagem eisolamento

Vídeo: http://youtu.be/J_2FdkRqmCACrescimento de grãos em 2 dimensões

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PROPRIEDADES MECÂNICAS -A determinação e/ou conhecimento das propriedadesmecânicas é muito importante para a escolha do materialpara uma determinada aplicação, bem como para o projetoe fabricação do componente.

-As propriedades mecânicas definem o comportamento domaterial quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estasestão relacionadas à capacidade do material de resistir outransmitir estes esforços aplicados sem romper e sem sedeformar de forma incontrolável.

Principais Propriedades Mecânicas

-Resistência à tração-Elasticidade-Ductilidade-Fluência-Fadiga-Dureza-Tenacidade,....

-Cada uma dessas propriedades está associada à habilidadedo material de resistir às forças mecânicas e/ou detransmiti-las.

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Tipos de Tensões que uma Estrutura está Sujeita

-Tração-Compressão-Cisalhamento-Torção

Como determinar as propriedades mecânicas?

-A determinação das propriedades mecânicas é feita através deensaios mecânicos.

-Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostrarepresentativa do material) para o ensaio mecânico, já que porrazões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaiona própria peça, que seria o ideal.

-Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento dasmedidas e confecção do corpo de prova para garantir que osresultados sejam comparáveis.

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As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas:

-ASTM (American Society for Testing and Materials)-ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)

NORMAS TÉCNICAS

Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs

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RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

-É medida submetendo-se o material à uma carga ouforça de tração, paulatinamente crescente, que promoveuma deformação progressiva de aumento decomprimento.

Partes básicas de uma máquina para ensaio de tração:

-Sistema de aplicação de carga

-Dispositivo para prender o corpo de prova

-Sensores que permitam medir a tensão aplicada e adeformação promovida (extensiômetro)

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Resistência à TraçãoTensão (σ) X Deformação (ε)

-Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se adeformação (variação dimensional).

A deformação pode ser expressa:

•O número de milímetros de deformação pormilímetros de comprimento;

• O comprimento deformado como uma percentagemdo comprimento original.

Comportamento dos materiais quando

submetidos à tração

Dentro de certos limites,

a deformação é proporcional

à tensão (a lei de Hooke é

obedecida)

Resistência à tração

Lei de Hooke: Lei de Hooke: σσσσσσσσ = E = E εεεεεεεε

A tensão aplicada = elasticidade x deformação resultante

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Deformação Elástica e Plástica

DEFORMAÇÃO ELÁSTICA-Prescede à deformação plástica

-É reversível

-Desaparece quando a tensão é removida

-É praticamente proporcional à tensãoaplicada (obedece a lei de Hooke)

ElásticaPlástica

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

-É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade

-É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida

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Fluência Viscoelástica -Muitos materiais poliméricos são suscetíveis a deformaçõesdependentes do tempo quando o nível de tensão é mantidoconstante, tal deformação é denominada Fluência Viscoelástica.

-Esse tipo de deformação pode ser significativo mesmo àtemperatura ambientee sob tensões modestas que se encontramabaixo do limite de escoamento do material.

Ex.: Pneus de automóveis podem desenvolver áreas achatadas emsuas superfícies de contato quando o automóvel fica estacionado porperíodos de tempo prolongado.

-Nos ensaios é aplicada uma tensão (normalmente de tração) emantida em nível constante enquanto a deformação é medida emfunção do tempo.

E= E= σσσσσσσσ/ / εεεεεεεε

σσσσ é a tensão aplicada e εεεε é a deformação

Como consequência do módulo de elasticidadeestar diretamente relacionado com as forçasinteratômicas:

-Os materiais cerâmicos tem alto módulo deelasticidade, enquanto os materiais poliméricostem baixo;

-Com o aumento da temperatura o módulo deelasticidade diminui.

Considerações gerais sobre módulode elasticidade

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Vídeos: http://youtu.be/j0SQRLfQQLgEnsaio de polímero – tensão

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Capítulo do Callister sobre este assunto: 15

Capítulo do Askeland sobre este assunto: 16