ELOISA BIASOTTO MANOH.nlSA IMASOTrOMANO

Nascida no Rio de Janeiro, onde realizou seus estudos de graduação,diplomando-se em Química Industrial (1947) e Engenharia Química (1955) pela EscolaNacional de Química da Universidade do Brasil, atual Universidade Federal do Rio deJaneiro.

É Professor Catedrático por concurso (1962), Diretor do Instituto de Macromoléculas(IMA) da UFRJ, Livre Docente da Cadeira de Química Orgânica II e Doutor, ambospela Escola de Química da UFRJ (1961).

Recebeu seu treinamento em Química de Polímeros na Universidade de Illinois,EUA, sob a orientação do Professor Cari S. Marvel (1956-1957), e na Universidade deBirmingham (Inglaterra), com o Professor J.C. Bevington (1964).

É Membro Titular da Academia Brasileira de Ciências desde 1978 e RepresentanteNacional do Brasil na Comissão de Nomenclatura de Polímeros da IUPAC (1980-1990).

Entre suas atividades académicas atuais contam-se a de Pesquisador I-A do ConselhoNacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Professor Orientador deTeses de Mestrado e Doutorado do IMA e Professor do Curso de Graduação de Químicae Engenharia Química da UFRJ. É supervisor e orientador de pesquisas solicitadas porindústrias, no IMA.

É responsável pela criação do primeiro Grupo de Pesquisadores em Polímeros noBrasil, que deu origem ao atual IMA/UFRJ.

Já orientou 24 Teses de Mestrado e 6 de Doutorado.Publicou 8 livros, escreveu capítulos em 2 livros, tem 70 trabalhos publicados em

periódicos nacionais e internacionais e 150 trabalhos apresentados em congressosnacionais e internacionais. Apresentou cerca de 100 conferências no exterior e no país.

Pertenceu ao Comité Editorial do Journal of Polymer Science e da Revista de QuímicaIndustrial.

É Coordenador da Sub-Comissão de Polímeros do Instituto Brasileiro de Petróleo.Foi Coordenador Geral de diversas reuniões nacionais e internacionais, no Rio de

Janeiro.

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POLMEROSCOMO MATERIAISDE ENGENHARIA

POLÍMEROSCOMO MATERIAISDE ENGENHARIA

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LIVRARIA

TRIÂNGULO

EDITORALTDA.

ii'11'IIININOA, 255 LOJAS 23 E 24i mi.';' IAX (0«x11) 231-0162

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ELOISA BIASOTTO MANOProfessora Titular de Química Orgânica

do Instituto de Macromoléculasda Universidade Federal do Rio de Janeiro

Membro Titular da Academia Brasileira de Ciências

A Lei de Direito Autoral(Lei n°. 9.610 de 19/2/98)

no Título VII, Capítulo II diz

— Das Sanções Civis:»

Art . 102 O titular cuja obra seja fraudulentamente reproduzida,divulgada ou de qualquer forma utilizada, poderá requerer aapreensão dos exemplares reproduzidos ou a suspensão dadivulgação, sem prejuízo da indenização cabível.

Art. 103 Quem editar obra literária, artística ou científica, sem autorizaçãodo titular, perderá para este os exemplares que se apreenderem epagar-lhe-á o preço dos que tiver vendido.

Parágrafo único. Não se conhecendo o número de exemplaresque constituem a edição fraudulenta, pagará o transgressor o valorde três mil exemplares, além dos apreendidos.

Art. 104 Quem vender, expuser à venda, ocultar, adquirir, distribuir, tiverem depósito ou utilizar obra ou fonograma reproduzidos comfraude, com a finalidade de vender, obter ganho, vantagem, pro-veito, lucro direto ou indireto, para si ou para outrem, será so-lidariamente responsável com o contrafator, nos termos dos artigosprecedentes, respondendo como contrafatores o importador e odistribuidor em caso de reprodução no exterior.

POLÍMEROSCOMO MATERIAISDE ENGENHARIA

EDITORA EDCARD BlQCHER LTDA.

© 1991 Eloisa Biasotto Mano

2- reimpressão - 2000

É proibida a reprodução total ou parcialpor quaisquer meios

sem rutorízação escrita da editora

EDITORA EDGARD BLUCHER LTDA.

Rua Pedroso Alvarenga, J245 - cj. 2204531-012 - S. Paulo -SP- Brasil

Fax: (011) 852-2707e-mail: eblucher@internetcom.com. br

Impresso no Brasil Printed in Brazil

0 rm»r»i°

EDITOKA AMUADA

Professor Charles G. OverbergerUniversidade de Michigan (E.U.A.)

Homenagem pela sua inestimável contribuiçãidesenvolvimento da pesquisa em PolímerosBras i l , consolidada no Instituto de MacromoliIas <la Universidade Federal do Rio dcjancirc

PREFACIO

Em livro anterior, "Introdução a Polímeros", aAutora visava os interessados em Química, em âmbito universitá-rio ou industrial.

Neste livro, houve a preocupação de complementar aquela obracom aspectos relativos aos materiais de engenharia, procurando li-mitar ao mínimo o enfoque químico e oferecer aos estudantes eprofissionais em geral uma visão panorâmica sobre os principaispolímeros. Tratando-se de trabalho de caráter introdutório, procu-rou-se cobrir uma vasta superfície, tendo consciência da impossibi-lidade de conciliar esta abordagem com o aprofundamento cientí-fico ou tecnológico de qualquer dos tópicos.

A Autora agradece a todos que, de alguma forma, contribuírampara que esta obra pudesse ser concretizada, com especial desta-que ao discípulo, colaborador e amigo Marcos Lopes Dias, quetanto participou da preparação deste trabalho. A tabela de inter-conVersão de unidades de medida foi elaborada com a valiosa coo-peração do Professor Paulo Emídio Barbosa, que também proce-deu a minuciosa leitura crítica de todo o texto, contribuindo comsugestões e comentários de grande importância. Na realização pri-morosa da parte gráfica, deve-se ressaltar a atuação eficiente e de-sinteressada de Léa Maria de Almeida Lopes, Rachel Biasotto Ma-no e Aguinaldo Pozes Monteiro.

Na viabilização da publicação do livro, a Autora expressa seusagradecimentos a EDN - Estireno do Nordeste S.A.

Uma homenagem especial é dedicada ao Professor Charles G.Overberger, da Universidade de Michigan, EUA, em reconheci-mento pelo importante papel que desempenhou no desenvolvi-mento da pesquisa em Polímeros no Brasil, em sua fase inicial, apartir de 1969, como participante americano do amplo Convéniocelebrado entre o CNPq e a National Academy of Science america-na, destinado ao desenvolvimento da Química no país.

SIGLAS, ABREVIAÇÕES, SÍMBOLOS

No campo de Polímeros, a nível internacional, é co-mum o uso de terminologia técnica abreviada sob a forma de si-glas, todas derivadas das denominações em língua inglesa. Dessamaneira, simplifica-se o registro das informações e da comunicaçãooral, devido à complexidade de muitos dos termos que definemprecisamente o polímero.

Com o objetivo de facilitar a compreensão do texto e dos Qua-dros, foi elaborada uma relação de todas as siglas utilizadas nestelivro. As denominações em inglês, que tornam mais fácil a memo-rização das siglas, foram incluídas.

Constam ainda da relação todas as abreviações e também ossímbolos empregados no texto.

a — areÁ — AngstromABNT — Associação Brasileira de Normas TécnicasABS —terpolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno [acry-

lonitrile-butadiene-styrene terpolymer}AFNOR — Association Française de NormalisationAl — alumínioAN —acrilonitrila [ acrylonitrile]ASA — copolímero de acrilonitrila-estireno-acrilato de alquila-

butadieno [acrylonitrile-styrene-alkyl acrylate-buta-diene copolymer]

ASTM — American Standards for Testing and Materialsatm — atmosfera

h - boroH - mistura [ blend\R - elastômero de butadieno \butadiene rubber\S — British Standards

BTU — unidade térmica britânica

C — carbonoC — CoulombCa — cálcioC AC — acetato de celulose [cellulose acetate]cal — caloriaCIIR — elastômero de isopreno-isobutileno clorado [ chlorina-

ted isoprene-isobutylene rubber]cm — centímetroCM — carboxi-metil-celulose [carboxy methyl cellulose}CN — nitrato de celulose [ cellulose nitrate]CONMETRO — Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e

Qualidade IndustrialCPE — polietileno clorado [ chlorinated polyethylene]CPVC — poli( cloreto de vinila) clorado [chlorinated poly(viny l

cbloride]Cr — cromoCR — elastômero de cloropreno [ cbloroprene rubber\E — polietileno cloro-sulfonado [ chlorosulfonated poly-

ethylene]cv — cavalo-vapor

D — Debyedam — decametroDIN — Deutsche Institut fíir Normungdm — decímetroDNA — ácido desoxi-ribonucleico [ desoxyribonucleic acid]

ER — resina epoxídica [epoxy resin]EPDM — elastômero de dieno-propileno-etileno [ ethylene-pro-

pylene-diene monomer rubber]EVA — copolímero de etileno-acetato de vinila [ ethylene-vi-

nyl acetate copolymer]

<|> , — fração volumétrica do componente iFRP — poliéster reforçado com fibra de vidro [fiberglass rein-

f orce d poly éster]f t - pé

K - grama— grat, enxerto

G — graft, enxertoAGm — energia livre de misturagal — galãogpm — galão por minutoGRP — poliéster reforçado com fibra de vidro [fiberglass rein-

force dpoly es ter ]

h — horaAHm — entalpia de misturaha — hectareHDPE — polietileno de alta densidade [ high density polyethy-

lene}HDT — temperatura de distorção ao calor [ heat distortion

temperature]HEC —hidroxi-etil-celulose [hydroxy ethylcellulose]Hg — mercúrioHIPS — poliestireno de alto impacto [ high impactpolystyrene]hm — hectometroHP — cavalo de força

IIR — elastômero de isopreno-isobutileno [ isobutylene-iso-prene rubber]

in — polegadaINMETRO — Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e

Qualidade IndustrialIR — elastômero de isopreno [ isoprene rubber]ISO — International Organization for StandardizationIUPAC — International Union of Puré and Applied Chemistry

K — Kelvinkcal — quilocaloriakg — quilogramakgf — quilograma-forçakm — quilómetrokW — quilowattkWh — quilowatt-hora

f — litrofb — librafbf — libra-forçafbm — libra-massaLCP -polímero líquido-cristalino [liquidcrystalpolymer]

— polietilieno de baixa densidade [low density polyethy-lene]

— metro— micron— acrilato de metila [ methyl acrylate]— anidrido maleico [ maleic ankydride\ copolímero de metacrilato de metila-butadieno-estire-

no {methyl methacrylate-butadiene-styrene copoly-mer]

— metil-celulose [ methyl cellulose]— copolímero de «^-metil-estireno-acrilonitrila [alpha-

methyl styrene - acrylonitríle copolymer]— miligrama— micrograma— milha— milésimo de polegada— mililitro— microlitro— milímetro— micrometro— metacrilato de metila [ methyl metbacrylate]— manganês— resina melamínica [ melamine resin]

— número inteiro que indica o grau de polimerização, is-to é, o número de unidades químicas repetidas na ca-deia polimérica

— Newton— viscosidade— viscosidade intrínseca— sódio— elastômero de butadieno-acrilonitrila [ butadiene-acry-

lonitríle rubber\ níquel

— nonametro— borracha natural [ natural rubber]

— oxigénio

— pressão— Pascal

PA — poliamida [polyamide]PA-6 — poliamida-6 [polyamide-6]PA-6,6 —poliamida-6,6 \polyamide-6,6]PA-6,10 — poliamida-6,10 \polyamide-6,10}PA-11 — poliamida-11 \polyamide~l l ]PABM — poli(amino-bis-maleimida) [poly(amino-bis-maleimi-

de\I —poli(amida-imida) \poly(amide imide)\N — poliacrilonitrila [polyacrylonitríle]

PAR — poliarilato [polyarylate]PÁS —poli(aril-sulfona) [poly(aryl sulfone)]Pb — chumboPBI — polibenzimidazol \polybenzoimidazole\T —poli(tereftalato de butileno) [poly(butylene tereph-

thalate)]PC — policarbonato [polycarbonate]PDMS —poli(dimetil-silano) \poly(dimethyl silane)}PE — polietileno [polyethylene]PEAD — polietileno de alta densidadePEBD — polietileno de baixa densidadePEEK — poli(éter-éter-cetona) [poly(ether ether ketone)]PEG — poli(glicol etilênico) [poly(ethylene glycol)}P(E-g-MA) — poli(etileno-g-acrilato de metila) [poly(ethylene-g-

methyl acrylate)]PEI — poli(éter-imida) [poly(ether imide)\K —poli(éter-cetona) [poly (ether ketone)]

PÉS —poli(éter-sulfona) [poly(ether sulfone)]PEPM — poli(ftalato-maleato de etileno) \poly (ethylene phtha-

late-maleate ]PET — poli(tereftalato de etileno) [poly(ethylene terephtha-

late)}PETP — poli(tereftalato de etileno) [poly(ethylene terephtha-

late]PEUAPM — polietileno de ultra-alto peso molecularpg — picogramaPI — poli-imida [polyimide]PIB — poli-isobutileno [polyisobuíylene]PK - policetona [polyketone]PKK - poli(cetona-cetona) [poly(ketone-ketone)]pm - picometroPMMA - poli(metacrilato de metila) [poly(methyl methacryla-

te)}

— poli(óxido de metileno) [poly(methylene oxide)]— polipropileno [polypropylene]— poliamida de p-fenilenodiamina-ácido isoftálico [p-

phenylene diamine-isophthalic acidpolyamide ]— poliamida de p-fenilenodiamina-ácido tereftálico [p-

phenylene diamine-terephthalic acid polyamide]— poli(óxido de propileno) [poly(propylene oxide)]— poli(sulfeto de fenileno) [poily(phenylene sulfide)]— poli(fenileno-tereftalamida) \poly(phenylene tereph-

thalamide ]— resina fenólica \phenol resin]— poliestireno [polystyrene]— poli-sulfona [polysulfone]— libra por polegada quadrada— copolímero de estireno-anidrido maleico [styrene-ma-

leic anhydride copolymer ]— poli(tetraflúor-etileno) [polytetrafluoroethylene]— poliuretano [polyurethane]— poliuretano [polyurethane]— poli(acetato de vinila) [poly(vinyl acetate)]— poli(álcool vinílico) [poly(vinyl alcohol)]— poli(cloreto de vinila) [poly(vinyl chloride)]— poli(cloreto de vinilideno) [poly(vinyl dichloride)]— poli(fluoreto de vinilideno) [poly(vinyl difluoride)]

— acrilato de alquilla [ alkyl acrylate]— radiano— poli(tereftalato de butileno) reforçado [ reinforced po-

ly(butylene terephthalate)]— poli(tereftalato de etileno) reforçado [reinforced

poly(etbylene terephthalate)]

— segundo— entropia de mistura— copolímero de estireno-acrilonitrila [síyrene-acryloni-

tríle copolymer]— elastômero de butadieno-estireno \styrene-butadiene

rubber\ silício

- Sistema Internacional

— tonelada

Ti;

TPETPRTPU

URUHMWPE

WW

yd

— temperatura— temperatura de cristalização— temperatura de transição vítrea— temperatura de fusão cristalina— elastômero termoplástico [ thermoplastic elastomer]— borracha termoplástica [ thermoplastic rubber]— poliuretano termoplástico [ thermoplastic polyuretha-

ne]

— resina ureica [ urea resin]— polietileno de altíssimo peso molecular [ ultra high

molecular weight polyethylene]

— Watt— tungsténio

— jarda

ALFABETO GREGO

1.2.3.4.5.6.7.8.9.

10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.

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XVCU

AlfaBetaGamaDeltaÉpsilonZetaEtaTetalotaCapaLambdaMiNiXi (es)ÔmicronPiRôSigmaTauIpsilonFiKiPsiÔmega

ÍNDICE GERAL

PáginaCapítulo l. Introdução l

Bibliografia recomendada 5

Capítulo 2. Propriedades que caracterizam osmateriais 7

l. Propriedades físicas 71.1. Propriedades mecânicas 8

1.1.1. Resistência à tração . x 91.1.2. Alongamento na ruptura 101.1.3. Módulo de elasticidade 11l. l .4. Resistência à compressão 131.1.5. Resistência à flexão 131.1.6. Resistência à fadiga 161.1.7. Resistência ao impacto 161.1.8. Dureza..K 161.1.9. Resistência à fricção 181.1.10. Resistência à abrasão 18

1.2. Propriedades térmicas 181.2.1. Calor específico 191.2.2. Condutividade térmica 211.2.3. Expansão térmica 211.2.4. Fusão cristalina 231.2.5. Transição vítrea 251.2.6. Temperatura de distorção ao calor 25

Página1.3. Propriedades elétricas 27

1.3.1. Rigidez dielétrica 281.3.2. Resistividade volumétrica 291.3.3. Constante dielétrica 301.3.4. Fator de potência 301.3.5. Resistência ao arco 31

1.4. Propriedades óticas 321.4.1. Transparência 321.4.2. índice de refração 32

1.5. Outras propriedades físicas 341.5.1. Densidade 341.5.2. Estabilidade dimensional 36

2. Propriedades químicas 372.1. Resistência à oxidação 372.2. Resistência à degradação térmica 372.3. Resistência à radiação ultravioleta 382.4. Resistência à água 392.5. Resistência a ácidos 392.6. Resistência a bases 392.7. Resistência a solventes e reagentes 402.8. Inflamabilidade 41

3. Propriedades físico-químicas 423.1. Permeabilidade 42

Bibliografia recomendada 45

Capítulo 3. Materiais de engenharia 471. Materiais de engenharia clássicos 48

1.1. Madeiras 481.2. Cerâmicas 511.3. Vidros 541.4. Metais 58

2. Materiais de engenharia poliméricos sintéticos 592.1. Sistemas poliméricos simples 63

2.1.1. Plásticos de engenharia de uso geral 822.1.2. Plásticos de engenharia de uso especial 93

2.2. Sistemas poliméricos mistos 1112.2.1. Sistemas poliméricos miscíveis 1132.2.2 . Sistemas poliméricos imiscíveis 115

2.2 .2 .1 . Compósitos 124

PáginaBibliografia recomendada 129

Capítulo 4. Perfis de propriedades dos materiais 133

Capítulo 5. Métodos para a avaliação das principais caracte-rísticas dos materiais 165

1. Propriedades físicas 1651.1. Propriedades mecânicas 1651.2. Propriedades térmicas 1661.3. Propriedades elétricas 1661.4. Propriedades óticas 1671.5. Outras propriedades físicas 167

2. Propriedades químicas 1673. Propriedades físico-químicas 168

Capítulo 6. Interconversão de unidades de medida 1691. Comprimento 1702. Área 1703. Volume 1714. Massa 1715. Força 1726. Velocidade 1727. Pressão 1728. Energia 1739. Potência 173

10. Temperatura 17311. Ângulo 17312. Massa específica 17413. Vazão 17414. Viscosidade 17415. Momento dipolar 17416. Massa/comprimento do fio têxtil 174

Bibliografia recomendada 175

índice de Quadros 177índice de Figuras 179índice de Assuntos . 182

Capítulo l

INTRODUÇÃO

Desde o início dos tempos, vem o homem execu-tando trabalhos de engenharia progressivamente mais complexos,com a finalidade de suprir abrigo e propiciar conforto para si eseus dependentes, protegendo-se dos perigos e das intempéries.

O primeiro elemento estrutural, isto é, o primeiro material deengenharia usado pelo homem, foi a madeira, seguindo-se a pe-dra, depois os metais, a cerâmica, o vidro e, finalmente, os polí-meros. Historicamente, pode-se acompanhar essa evolução atravésdas Idades: da Pedra, ou Pré-história, dos Metais, ou Proto-histó-ria, Antiga, ou Antiguidade, Média, ou Medieval, Moderna eContemporânea (Quadro 1).

A Idade da Pedra compreende 3 períodos: o eolítico, o paleolí-tico e o neolítico. No período eolítico, o homem, culturalmentemais atrasado, levava vida nómade. No paleolítico, a caça aosgrandes animais já era feita com armas de pedra lascada, obtida defragmentos da rocha vulcânica obsidiana, que é um vidro natural.O homem habitava cavernas e costurava com agulhas de ossos suasroupas, feitas com peles de animais. Construía choupanas e tendasde couro, quando havia deficiência de abrigos. No neolítico, o ho-mem passou de coletor a produtor de alimentos, espalhando-sepelo mundo. Usava instrumentos de pedra polida, cerâmica, etc.A cerâmica é uma das peculiaridades tecnológicas do período neo-lítico; teve sua origem nas fossas dos celeiros que, forradas de argi-la, sofriam eventualmente a ação do fogo, o qual queimava o bar-ro, revelando o princípio da cozedura desse material. Foram cons-

IÍI.OISA Hl ASOTTí IMANO

Quadro l. Evolução do uso de elementos estruturais pelo homem

Evolução histórica

3ré-história

5roto-história

Historia

Idade da Pedra

Idade dos Metais

Idade Antigaou

Antiguidade

Idade Médiaou

Medieval

Idade Moderna

Idade Contemporânea

Ano

25.000 ACaté

6.500 AC

6.500 ACaté

1.500 AC

4.000 ACaté

500 AC

500até

1.500

1.500até

1.800

1.800até

os diasatuais

Material

MadeiraPedra lascadaPedra polida

CobreEstanhoBronzeFerroCerâmica

Vidro

Ligas metálicas

Concreto

Polímeros

truídos grandes monumentos funerários de pedra, conhecidos co-mo monumentos megalíticos.

A Pré-história teve duração muito maior do que as demais fasesda existência do homem no planeta. Nem todos os povos atraves-saram os mesmos estágios simultaneamente. O Egito vivia plena-mente nos tempos históricos, enquanto muitos países europeus seachavam culturalmente na Pré-história. Ainda hoje, certos povosnão-civilizados estão em plena fase neolítica.

A Idade dos Metais seguiu-se à Idade da Pedra. Caracterizou-sepelo começo da substituição da pedra pelo metal. O primeiro me-tal empregado pelo homem foi o cobre, cujo uso começou no Egi-to, pouco depois de 4000 AC, estendendo-se pelo Oriente Próxi-mo; ligado ao estanho, deu origem ao bronze. O ferro foi usadoprimeiramente pelos hititas, a partir de 150 AC, e posteriormentepor outros povos orientais. Admite-se, no entanto, que o desco-

I \ I I K O S , I I M O M A I I K I A I S I M l Ni il-NMAKI A

brimento do ferro, assim como o do cobre, deu-se em regiões <jtintas e sem influência recíproca.

Na Idade Antiga, despontam as grandes civilizações dos f^,cios, egípcios, gregos e romanos; estendeu-se até aproximadarr>e

te 500 DC, e foi marcada pela queda de Constantinopla. Por «ç.tempo, surgiu o vidro. Esse material de engenharia teve seu de^e

volvimento associado ao grande uso, na época, sob a forma de jdras preciosas artificiais e outras peças de adorno.

Na Idade Média, apareceram como materiais de engenharia c

trás ligas metálicas e na Idade Moderna, o concreto.A Idade Contemporânea é a que vivemos, e tem sido marc;a

por grandes inovações no que diz respeito aos materiais de er^nharia, paralelamente ao vertiginoso desenvolvimento da tec:rlogia.

No início do século XX, surgiu um fato que marcou profun*c

mente a história da humanidade. Ficou provado que alguns rnairiais, produzidos pela Química incipiente do final do século e qaté então eram considerados como colóides, consistiam na vê rd. ade moléculas gigantescas, que podiam resultar do encadeam^r

de 10.000 ou mais átomos de carbono. Esses produtos de sínt<apresentavam repetição de pequenas unidades estruturais em s

longa cadeia principal, e assim foram denominados polímeros (,grego, "muitas partes"). Uma grande parte dos produtos enç0

trados na Natureza é também constituída por imensas molécxi— como a madeira, a borracha, a lã, o DNA e muitos outr<Quando suas estruturas químicas não apresentavam unidades (

truturais regularmente repetidas, essas moléculas foram cham^c

macromoléculas. Os memoráveis trabalhos de Staudinger*, coriborados pelas investigações de outros pesquisadores, como Marke Marvel* * *, comprovaram que a natureza dessas macromoléc\era semelhante à das moléculas pequenas, já conhecidas, e pç>s

Hermann Staudinger, nascido na Alemanha, 1881-1965; Prémio Nobel de Q\JÍ,ca em 1953. É considerado o Pai dos Polímeros.Herman F. Mark, nascido na Áustria em 1895, renomado por seus trabalhosciência e tecnologia de polímeros.Cari S. Marvel, nascido nos Estados Unidos, 1895-1988, notável por seus ruartiesós trabalhos sobre síntese e constituição de polímeros e sobre polímeros ter JHOe;

líl.OISA KIASOTTOMANO

bilitaram o desenvolvimento dos materiais poliméricos de modomuito acentuado.

Atualmente, dentre os materiais de engenharia estão incluídosdiversos polímeros. Plásticos, borrachas, fibras, adesivos, são ma-teriais poliméricos bem conhecidos e indispensáveis à vida moder-na. O tratamento introdutório deste assunto já se encontra apre-sentado pela Autora em outra publicação*. Neste livro, será dadoenfoque especial às propriedades dos materiais poliméricos, obje-tivando sua aplicação como plásticos de engenharia.

Segundo alguns autores, plásticos de engenharia são polímerosque podem ser usados para aplicações de engenharia, como engre-nagens e peças estruturais, permitindo seu uso em substituição amateriais clássicos, particularmente metais. Dentro desta concei-tuação, incluem-se apenas os termoplásticos (plásticos que podemser reversivelmente aquecidos e resfriados, passando respectiva-mente de massas fundidas a sólidos; podem ser processados pormétodos tradicionais, tais como laminação, injeção e extrusão).Este conceito exclui os chamados plásticos especiais (que apresen-tam conjunto incomum de propriedades) e os termorrígidos (quefundem quando aquecidos," porém nesse estado sofrem reaçãoquímica que causa a formação de ligações cruzadas intermolecula-res, resultando uma estrutura reticulada, infusível e insolúvel).

Segundo outros autores, entretanto, também são incluídos en-tre os plásticos de engenharia as resinas epoxídicas, fenólicas, urei-cas e melamínicas, que são termorrígidas. Neste livro, o conceitode plásticos de engenharia se aplica a todos os polímeros que po-dem ser usados em substituição aos materiais tradicionais de enge-nharia, independentemente de sua estrutura química ou de seucaráter, termoplástico ou termorrígido.

A Figura l apresenta uma classificação dos materiais de enge-nharia, grupando-os em clássicos, ou tradicionais, e não-clássicos,mais modernos. Os materiais clássicos compreendem madeiras, ce-râmicas, vidros e metais. Esses materiais não serão abordados emdetalhe neste livro. Os não-clássicos compreendem os polímeros,que são materiais mais recentes, cuja estrutura molecular somente

E.B. Mano - "Introdução a Polímeros", Editora Edgar Blucher, São Paulo, 1985.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE i N c . l i N H A K I A

Materiaisde

Engenharia

Figura 1. Classificação dos materiais de engenharia

se tornou conhecida de maneira insofismável no final da décade 20. A sua grande aplicação na vida atual e no desenvolvimeiacelerado das conquistas tecnológicas, que caracterizam a civilicão contemporânea, exige estudo mais aprofundado. Os capítuseguintes discutirão as propriedades desses materiais que os tnam tão importantes.

Bibliografia recomendada

— E.B. Mano — "Introdução a Polímeros", Editora Edgard BliicrSão Paulo, 1985.

— V.E. Yarsley — "Hermann Staudinger", Shell Polymers, vol.pág. 23, 1978.

— "Herman Mark", Shell Polymers, vol. 3, pág. 56, 1979.

Capítulo 2

PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM

OS MATERIAIS

O desempenho dos materiais se relaciona com umasérie de características significativas, que podem ser distribuídasem 3 grandes grupos: as propriedades físicas, as propriedades quí-micas e as propriedades físico-químicas.

1. Propriedades físicas

As propriedades físicas são aquelas que não envolvem qualquermodificação estrutural a nível molecular dos materiais. Dentreelas, incluem-se as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas eóticas. Essas características são avaliadas por métodos clássicos,muitas vezes empíricos, descritos em detalhes nas Normas de cadapaís, quando existem.

As normas brasileiras são elaboradas pela Associação Brasileirade Normas Técnicas (ABNT), e ainda são em número insuficientepara todos os materiais poliméricos. As normas americanas, Ame-rican Standards for Testing and Materials (ASTM), e britânicas,Eritish Standards (BS), são bastante completas; as normas alemãs,preparadas pela Deutsche Institut fúr Normung (DIN), francesas,sob a responsabilidade de Association Française de Normalisation(AFNOR), e internacionais, a cargo da International Organizationfor Standardization (ISO), são também muito úteis. A caracteriza-ção dos produtos brasileiros é encontrada, em geral, obedecendoàs normas ASTM.

KLOISA BIASOTTOMANC)

1.1. Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas compreendem a totalidade das pro-priedades que determinam a resposta dos materiais às influênciasmecânicas externas; são manifestadas pela capacidade de esses ma-teriais desenvolverem deformações reversíveis e irreversíveis, e re-sistirem à fratura.

Essas características fundamentais dos materiais são geralmenteavaliadas por meio de ensaios, que indicam diversas dependênciastensão-deformação. Entretanto, esses ensaios são insuficientes paradescrever completamente os materiais poliméricos também a nívelmolecular. Assim, as características moleculares dos polímeros, quese refletem nas suas propriedades mecânicas, podem ser quantifica-das através de métodos cujo empirismo é contrabalançando pelo ri-gor das condições, estabelecidas nas normas técnicas de cada país.

As propriedades mecânicas mais importantes decorrem de pro-cessos onde há grandes relaxações moleculares, como relaxação sobtensão, escoamento sob peso constante e histerese. Essas relaxaçõesdependem muito da temperatura, da capacidade de desenvolverdeformações reversíveis pronunciadas, que são maiores em elastô-meros vulcanizados, e da íntima correlação entre processos mecâ-nicos e químicos, os quais se influenciam mutuamente de modosubstancial.

Os polímeros com cadeias formadas por anéis aromáticos, inter-ligados por um ou dois átomos pertencentes a grupos não-parafí-nicos, oferecem maior dificuldade à destruição da ordenação ma-cro molecular, e assim apresentam propriedades mecânicas maiselevadas, as quais se mantêm ao longo de uma ampla faixa detemperatura.

Serão abordadas as seguintes propriedades mecânicas: resistên-cia à tração, alongamento na ruptura, módulo de elasticidade, re-sistência à compressão, resistência à flexão, resistência à fadiga, re-sistência ao impacto, dureza, resistência à fricção e resistência àabrasão.

Os polímeros aos quais essas propriedades se referem estão repre-sentados por siglas; as informações foram colhidas na literatura,procurando-se sempre os dados relativos aos materiais com o míni-mo de aditivos e registrando-se as faixas de valores encontrados.

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1.1.1. Resistência à tração

A resistência ã tração, ou resistência à tração na ruptura, ou tenacidade de um material, é avaliada pela carga aplicada ao material por unidade de área, no momento da ruptura. Na Figura 2encontra-se a resistência à tração dos materiais poliméricos maicomuns, bem como de materiais de engenharia clássicos. Nota-sque os polímeros têm valores de resistência à tração todos muitibaixos (abaixo de 10 kgf/mm2), bem maiores quando se trata dfibras; os metais apresentam resistência muito elevada, até 10ikgf/mm2 . Esses resultados são comumentes expressos, tanto na literatura como na indústria, em MPa, Pa, N/m 2 , kgf/mm2. Ométodos ASTM D 412, D638 e D 882 descrevem os ensaios.

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Figura 2. Resistência à tração de diversos materiais a 20-25°C

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1.1.2. Alongamento na. ruptura

O alongamento na ruptura representa o aumento percentual docomprimento da peça sob tração, no momento da ruptura. Encon-tram-se na Figura 3 os alongamentos na ruptura dos materiais po-liméricos mais comuns. Observa-se que grandes alongamentos naruptura (até de 900%) são uma característica dos polímeros, emgeral, e das borrachas, em particular, especialmente a borracha na-tural. Esse alongamento é muito pequeno nos metais e cerâmicas,da ordem de algumas unidades. Os métodos de ensaio usados sãoos mesmos aplicados para a determinação da resistência à tração.

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23-Cerâmicas24 Vidros25- Alumínio26-Cobre27-Acos

Figura 3. Alongamento na ruptura de diversos materiais a 20-25°C

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1.1.3. Módulo de elasticidade

O módulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensãodeformação, dentro do limite elástico, em que a deformação étalmente reversível e proporcional à tensão. É chamado tamlde módulo de Young, e se aplica tanto à tração quanto à compsão, referindo-se à área transversal no início do ensaio. Os mólos de elasticidade são ilustrados na Figura 4\e que os pmeros de alta cristalinidade, ou aqueles que apresentam estrutirígidas aromáticas, ou ainda os polímeros reticulados, revêmódulo de elasticidade mais elevado. Os módulos dos polímem geral não excedem 500 kgf/mm2, enquanto que, para abras, podem atingir 1500 kgf/mm2; para os materiais cerâmivítreos e metálicos, esses valores se encontram entre IO3—kgf/mm2.

No caso de elastômeros vulcanizados, o alongamento atingainda na região elástica é muito grande, e assim a palavra ' 'móIo" é empregada tradicionalmente com outro significado: é aca calculada por unidade de área transversal inicial (tensão),medida a determinadas deformações, que precisam ser explúdas na informação (por exemplo, em borracha, módulo a 300a tensão correspondente à tração, quando se atinge 300% de agamento). Os métodos de determinação do módulo de elasticde são os mesmos já mencionados para resistência à tração.

A recuperação representa o grau em que o material retorndimensões originais, após a remoção da tensão. Depende tantxintensidade desta força quanto do tempo durante o qual foi acada. Pela atuação da força, as macromoléculas tendem a escremovida, retornam parcialmente à situação primitiva. Se oterial é muito cristalino, é também rígido e resiste mais à demação; no entanto, sempre há uma perda de dimensão quandultrapassa o limite elástico de cada material. Quando o polímepouco cristalino, ou está acima da sua temperatura de transiçãctrea, há maior escoamento ("creep") e as peças sofrem deforcão mais pronunciada, até mesmo por escoamento sob a açãcseu próprio peso ("cold flow"). A recuperação é avaliada emcentual do valor da dimensão original. O método ASTM Ddescreve a determinação da recuperação em polímeros.

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POLÍMEROS

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10- ER11- PET12 PC13-GRP14 PA 615- PA -1116 -PA 6,617 PA 6,1018- PR19 UR20 MR21 PU22- NR

OUTROSMATERIAIS

23 Cerâmicas24 Vidros25- Alumínio26- Cobre27-AÇOS

Figura 4. Módulo de elasticidade de diversos materiais a 20-25 °C

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A resiliência é determinada pela quantidade de energia deida após a deformação, por aplicação de uma tensão. E medidralmente em percentual da energia recuperada e fornece infocão sobre o caráter elástico do material. O método ASTM Ddescreve o procedimento.

A histerese é um fenómeno observado em alguns materiaisqual certas propriedades, em determinado estado, dependeiestados anteriores; é comumente descrita como a memória doterial para aquela propriedade.

O fato conhecido de algumas propriedades dos plásticos dederem do seu processamento (isto é, sua história térmica) èmanifestação usual da histerese. No caso de propriedades mecãs, a histerese pode ser medida pela perda de energia durant<dado ciclo de deformação e recuperação do material. Quancrefere à resiliência, a determinação da histerese é feita pelo ndo ASTM D 2231.

O desenvolvimento de ca/or("hezt build-up") designa ogerado em uma sucessão de ciclos de deformação e recuper;pela transformação da energia, perdida por histerese, em entérmica; essa energia devolvida causa o aumento de temper;da peça, durante os ciclos, que é determinada pelo método AD 623, método A, e medida em °C.

1.1.4. Resistência à compressão

A resistência à compressão é expressa pela tensão máximíum material rígido suporta sob compressão longitudinal, ante:o material colapse. Encontram-se na Figura 5 valores típicos imativos da resistência à compressão de diversos materiais. Notísuperioridade da resistência das resinas termorrígidas sobre a:moplásticas, porém ainda muito inferiores à dos materiais de <nharia convencionais. A medida é feita nas memas unidades u:para a resistência à tração, pelo método ASTM D 695.

1 . 1 . 5 . Resistência à flexão

A resistência à flexão representa a tensão máxima desenvona superfície de uma barra quando sujeita a dobramento. Aj

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POLÍMEROS

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23- Cerâmicas24-Vidros25-Alumínio26-CoOre27-Acos

Figura 5. Resistência à compressão de diversos materiais a 20-25°C

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se a materiais rígidos, isto é, aqueles que não vergam excessiva-mente sob a ação da carga. A Figura 6 apresenta valores da resis-tência á flexão de diversos materiais e mostra a equivalência dosmateriais plásticos às cerâmicas; não é significativa para as borra-chas. É expressa em kgf/mm2 e pode ser determinada pelo méto-do ASTM D 790.

1.1.6 . Resistência à fadiga

A resistência à fadiga , ou resistência à flexão dinâmica, exprimea tensão máxima, desenvolvida alternadamente como tração ecompressão, a que um material pode resistir quando ajjeça é ex-posta a dobramentos e desdobramentos consecutivos. E quantifi-cada pelo número de ciclos suportado pela peça nas condições dométodo (ASTM D 671).

1.1.7. Resistência ao impacto

A resistência ao impacto representa a tenacidade ou a resistênciade um material rígido à deformação a uma velocidade muito alta.Uma distinção deve ser feita entre materiais quebradiços ou friá-veis, e resistentes ou tenazes. Nas velocidades usuais de aplicaçãoda força, os friáveis têm muito pouca extensibilidade, enquantoque os tenazes têm extensibilidade relativamente alta. Na Figura lpodem ser encontrados valores de resistência ao impacto. Observa-se a alta resistência do polietileno de baixa densidade, que se de-forma, porém não quebra; abaixo dele, o polietileno de alta den-sidade, mais cristalino, também bastante resistente. O plástico deengenharia, policarbonato, cuja resistência ao impacto é maior doque a da cerâmica e do alumínio, é até empregado como proteçãocontra balas de metralhadora. A resistência ao impacto é avaliadapelos métodos ASTM D 256, D 746 e D 2463, e pode ser expressaem cm.kgf/cm2.

1.1.8. Dureza

A dureza mede a resistência ou à penetração, ou ao risco. As li-gações cruzadas aumentam muito a dureza, e os plastificantes a

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Figura 7. Resistência ao impacto de diversos materiais a 20-25°C

18 ELOISABIASOTTOMANO

diminuem. Os materiais poliméricos são menos duros do que osmateriais cerâmicos, vítreos e metálicos. A dureza é medida em es-calas arbitrárias pelos métodos ASTM D 785 e D 2240.

1.1 .9 . Resistência à fricção

A resistência à fricção , ou resistência ao deslizamento, é umapropriedade importante para os materiais de engenharia. A forçafriccionai se opõe à força de deslizamento, e depende do acaba-mento da superfície do material. Pode ser representada pelo coefi-ciente de atrito, que é a razão entre a força de fricção e a cargaaplicada normalmente à superfície de 2 placas superpostas entre asquais se desenvolve o atrito. Para a maioria dos plásticos, o valordesse coeficiente está entre 0,2 e 0,8. O politetraflúor-etileno é oúnico a exibir um coeficiente de fricção excepcionalmente baixo(abaixo de 0,02) em quase todas as composições, independente daadição, ou não, de lubrificante. As borrachas macias têm coefi-ciente de fricção excepcionalmente alto (4 ou mais). É grandezaadimensional, determinada pelos métodos ASTM D 1894 e D3028.

1.1.10. Resistência à abrasão

A resistência â abrasão significa a capacidade que um materialtem de resistir ao desgaste produzido por fricção. Geralmente émedida por comparação entre o desempenho de materiais toma-dos como padrão, empregados para fins semelhantes. O métodoASTM D 1242 descreve a determinação dessa propriedade comoperda percentual em volume, em relação a um padrão. Esses valo-res não têm significado absoluto pois dependem de muitas variá-veis. Os poliuretanos são os plásticos que apresentam maior resis-tência à abrasão.

1.2. Propriedades térmicas

As propriedades térmicas nos polímeros são observadas quandoa energia térmica, isto é, o calor, é fornecido ou removido do mate-

POLÍMEROS COMO MATIÍKIAIS Dli ENGENHARIA

rial; são maus condutores de calor. A capacidade de transferirlor, isto é, conduzir calor, é medida pela condutividade e pelafusibilidade térmicas. A capacidade de armazenar calor é avali;pelo calor específico; as alterações de dimensão, devidas às ndanças de temperatura, são estimadas através da expansão térica. Por outro lado, as modificações observadas nos materiais qudo sujeitos a variações de temperatura são de grande importâncincluem as temperaturas de fusão cristalina, Tm , e de transiçãotrea, \.

1 .2 .1 . Calor específico

Calor específico é a quantidade de energia térmica requerpara elevar de 1°C a unidade de massa do material. Os me

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OUTROSMATERIAIS

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Figura 9. Condutividade térmica de diversos materiais a 20°C

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apresentam valores muito baixos (abaixo de 0,1 cal/g°C), en-quanto que os plásticos exibem valores entre 0,2 e 0,5, em partedevido à mobilidade dos segmentos moleculares. A Figura 8 mos-tra valores de calor específico para alguns polímeros e materiais re-lacionados. Pode ser medido pelo método ASTM C 351 e expressoem cal/g.°C. Para comparação, observe-se que o calor específicoda água é 1,0 cal/g.°C, muito superior ao apresentado pelos ma-teriais de engenharia.

1.2.2. Condutividade térmica

A condutividade térmica mede a quantidade de calor transferi-da, na unidade de tempo, por unidade de área, através de uma ca-mada de espessura unitária, sendo 1°C a diferença de temperaturaentre as faces. Expressa a característica de o material ser bom oumau condutor de calor. Os polímeros são tipicamente maus condu-tores, ao contrário dos metais; é bem conhecido que, pelo tato,através da sensação de calor ou frio, pode-se distinguir um plásticode um metal. Como se vê na Figura 9, a condutividade térmicados polímeros, medida em cal/cm- s- °C, se apresenta com valoresaté 10~ 3; a dos metais é muito mais alta, enquanto que a dos vi-dros é intermediária. Os métodos ASTM C 177 e D 4351 descre-vem a sua determinação. Note-se que o ar, que é bom isolante tér-mico, apresenta condutividade muito baixa (0,00006cal/cm- s- °C); a porção de ar aprisionado em um material porosodiminui sua condutividade térmica e aumenta sua característica deisolante ao calor.

1.2.3. Expansão térmica

Expansão térmica é a propriedade que mede, ou traduz, o volu-me adicional necessário para acomodar os átomos e moléculas porestarem vibrando mais rápido e com maior amplitude, devido aoaquecimento; é avaliada pelo coeficiente de dilatação térmica li-near, que é o alongamento relativo da peça por unidade de tem-peratura. É expresso em °C~ ' e pode ser determinado pelo meto-

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do ASTM D 696. Pode-se verificar pela Figura 10 que o coeficientede dilatação térmica linear dos polímeros é mais elevado, atingin-do até 2,3 x 1CT4 /°C, destacando-se a borracha de silicone, cujocoeficiente chega ao dobro desse valor, enquanto que os materiaisnão-poliméricos têm coeficientes de dilatação térmica bastante in-feriores. Note-se o valor muito menor do coeficiente de dilataçãotérmica linear dos metais, quando comparados aos materiais poli-méricos. Esse comportamento pode ser explicado porque a mobili-dade dos segmentos macromoleculares, em que os átomos estãounidos através de ligações covalentes, é mais pronunciada do queno caso das ligações iônicas (encontradas nas cerâmicas e vidros) emetálicas.

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POLÍMEROS

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OUTROSMATERIAIS

23-Cerâmicas24 Vidros25-Alumínio26-Coore27-ACOS

Figura 10. Coeficiente de dilatação térmica linear de diversos materiais a 20°C

P( H IMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA

Polímero no estado fundido,com cadeias emaranhadas

Polímero no estado sólido,com cadeias parcialmenteordenadas; cristalitoslamelares

Polímero no estado sólido,com cadeias parcialmente

ordenadas; cristalitosesferuliticos

Figura 11. Estrutura cristalina dos polímeros

1.2.4. Fusão cristalina

Os polímeros fundem quando aquecidos, apresentando-sgeral como uma massa irregular, com as cadeias macromoleciemaranhadas em maior ou menor grau. Quando essa massa <xada em repouso, dependendo da velocidade de resfriamenicadeias assumem as conformações mais favoráveis, formandgiões de estrutura ordenada, cristalina, descontínua, geralnlamelar, interligadas por segmentos dessas cadeias. Isso pocmelhor compreendido pela representação vista na Figura 1.vezes, formam-se esferulitos.

A temperatura de fusão cristalina, Tm, é aquela em que ;-giões ordenadas dos polímeros, isto é, os cristalitos e esferulifcdesagregam e fundem. A transição é de primeira ordem, end

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POLÍMEROS

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10-ER11- PET12- PC13 GRP14- PA -615 PA 1116-PA 6,617- PA 6,1018- PR19 UR20-MR21-PU22-NR

OUTROSMATERIAIS

23-Cerâmicas24-Vidros25-Alumínio26-Cobre27-Aços

* Não aplicável

Figura 12. Temperatura de fusão cristalina de diversos materiais

mica; envolve mudança de estado e está associada às regiões crista-linas. A Figura 12 mostra a temperatura de fusão relativamenteelevada de polímeros de alta cristalinidade, quando comparada àtemperatura de fusão de polímeros predominantemente amorfos.É tanto mais alta quanto maior for a estabilidade das regiões or-denadas da massa, sendo muito elevada nos materiais inorgânicos.

Nos termoplásticos, a temperatura máxima de fusão é inferior a300°C; os plásticos termorrígidos não apresentam fusão, porémsofrem carbonização por aquecimento. Os metais, de um modogeral, têm temperaturas de fusão muito altas; no caso do ferro, éda ordem de 1500°C. A temperatura de fusão cristalina é medidapelos métodos ASTM D 2117 e D 3418.

1 . 2 . 5 . Transição vítrea

A transição vítrea está associada à região amorfa dos polímeros.A transição é de segunda ordem e representa a temperatura emque a mobilidade das cadeias moleculares, devido à rotação degrupos laterais em torno de ligações primárias, se torna restrita pe-la coesão intermolecular. Abaixo da temperatura de transição ví-trea, T , desaparece a mobilidade das cadeias macromoleculares, eo material torna-se mais rígido. Todas as borrachas têm Tg abaixoda temperatura ambiente; nos polímeros de uso geral, Tg não ul-trapassa 110°C, conforme a Figura 13 permite verificar. A razãoentre Tg e Tm está entre 0,5 e 0,8. As ramificações da cadeia au-mentam a mobilidade e assim, abaixam a Tg. No HDPE, sem ra-mificações, a T se refere a movimentos de segmentos da cadeia,que somente ocorrem a temperaturas muito mais baixas, e das ex-tremidades da macromolécula. O método ASTM D 3418 se refereà determinação dessa transição térmica.

1.2.6. Temperatura de distorção ao calor

A temperatura de distorção ao calor é aquela a partir da qual oescoamento viscoso do polímero é mais pronunciado; é uma medi-da empírica. No entanto, é muito importante, porque permiteavaliar a adequação, ou não, do material para o artefato desejado.

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28 v\I l , IMANO

ternar-se em algum grau ao longo de uma faixa, ou podem mudardrasticamente, além da faixa crítica.

As principais características elétricas dos materiais poliméricossão: rigidez dielétrica, resistividade, constante dielétrica, fator depotência e fator de dissipação, e resistência ao arco.

1.3 .1 . Rigidez dielétrica

A rigidez dielétrica indica em que grau um material é isolante;é medida pela tensão elétrica que o material pode suportar antesda ocorrência de perda das propriedades isolantes. A falha do ma-terial é revelada pela excessiva passagem de corrente elétrica, coma destruição parcial da peça. É acompanhada de efeitos luminosos,ruídos, interferência em transmissões de rádio e televisão, e des-cargas parciais, indesejáveis em materiais isolantes. Ocorrem rea-ções químicas, que acarretam o aparecimento de gases, com a de-gradação do material sólido, destruindo o isolamento elétrico. AFigura 15 mostra a rigidez dielétrica de alguns materiais poliméri-

2 i 3|4jS1617|8|8* * *

|12|13|14|1S|16|17|18|19|20,21|22| |23|24|25|26|27

POLÍMEROS

1-lDPE2-HOPE3-PP4-PS5-PVC6-PTFE7-PVACS PM M A9-PAN

10 ER11 PET12 PC13-ORP14 PA 615- PA 1116 PA 6,617-PA 6,1018-PR19-UR20-MR21-PU22-NR

OUTROSMATERIAIS

23 Cerâmicas24 Vidros25-Alumínio26-Cobre27 AÇOS

* Não aplicável

Figura 15. Rigidez dielétrica de diversos materiais a 20-25°C

Ml l« 'S ( ( )M() M ATI-KI AIS Dl- I-NCI-NH ÁRIA 29

cos comuns. Observa-se a superioridade do polietileno sobre osdemais polímeros, e também sobre as cerâmicas, no que diz res-peito à rigidez dielétrica. Esta propriedade é avaliada segundo ométodo ASTM D 149, e é normalmente expressa em V/mm. Nãose aplica aos metais, que são bons condutores de eletricidade; nospolímeros, cerâmicas e vidro, os valores de rigidez dielétrica estãona faixa de 10-40 V/mm.

1 .3 .2 . Resistividade volumétrica

A resistência de materiais isolantes à passagem da corrente elé-trica é medida como resistividade volumétrica entre as faces de

Sio14

E

lio12

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•>10

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2 3 14 | 1 7[l8|l9|20|21

l

23 24 fa5 26

Figura 16. Resistividade volumétrica de diversos materiais a 20-25°C

1 LOPE2-HDPE3-PP4 PS5 PVC6 PT FE7 PVAC8 PM MA9 PAN

10-ER11- PET12 PC13 GRP14- PA 615-PA-1116- PA 6.617-PA 6,1018-PR19- UR20 MR21 PU22 NR

30 ELOISABIASOTTOMANO

uma unidade cúbica, para um dado material e uma dada tempera-tura. Os polímeros são maus condutores, oferecendo alta resistên-cia. A Figura 16 mostra a resistividade volumétrica de alguns ma-teriais, inclusive polímeros. É interessante observar que todos ospolímeros considerados exibem resistividade volumétrica superiora IO12 Q-cm; comportamento semelhante é mostrado pelas cerâ-micas e vidros. Quanto aos metais, os valores são muito pequenos,da ordem de 10~6 Q- cm. A resistividade volumétrica é determina-da pelo método ASTM D 257. Pode também ser avaliada pelo seuinverso, a condutividade elétrica, e nesse caso é expressa em S/cm.

1.3.3. Constante dieletrica

A constante dieletrica de um material é uma característica corre-lacionada à energia eletrostática que pode ser armazenada em umcapacitor que tem o material como dielétrico. É medida pela razãoentre a capacitância do capacitor contendo como isolante o mate-rial em questão e a capacitância do mesmo sistema, porém substi-tuindo o material isolante pelo ar (Figura 17). É interessante notaras baixas constantes dielétricas dos polímeros, em geral bem me-nores do que as de cerâmicas e vidros. O poli(tetraflúoretileno) é opolímero de mais baixa constante dieletrica, em torno de 2,0. Estapropriedade não se aplica aos metais. O método D 150 permitedeterminar esta característica.

1.3.4. Fator de potência

Fator de potência é a razão entre a potência dissipada pelo ma-terial isolante e a máxima potência que seria fornecida ao sistema,mantendo-se os mesmos valores de diferença de potencial e inten-sidade de corrente. É uma medida relativa da perda dieletrica domaterial, quando o sistema age como isolante, e é comumenteusada como medida de qualidade do isolante. Fator de dissipaçãoé a tangente do ângulo da perda dieletrica. Para baixos valores, ofator de potência e o fator de dissipação são praticamente iguais.O fator de potência é determinado pelo método ASTM D 150 emedido em W/V. A.

|'0|.IMI'.R()SI OMO MATERIAIS Dl ENGENHARIA 31

1.3.5. Resistência ao arco

Resistência ao arco è uma medida das condições de perda daspropriedades dielétricas ao longo da superfície de um isolante,causada pela formação de caminhos condutivos na superfície domaterial. Altos valores de resistência ao arco indicam maior resis-tência à falha elétrica. É avaliada pelo método ASTM D 495 e me-dida em segundos. Está relacionada à rigidez dieletrica a altastemperaturas.

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* * *23 24 25 26 27

* Não aplicável

Figura 17. Constante dieletrica de diversos materiais a 20-25°C

POLÍMEROS

1-LOPE2 HDPE3-PP4 PS5-PVC6 PTFE7 PVAC8-PMMA9 -PAN

10 ER11 PET12- PC13-GRP14- PA-615-PA 1116-PA 6.617-PA 6,10

18- PR19-UR20-MR21-PU22 NR

OUTROSMATERIAIS

25- Cerâmicas24-vidros25-Alumínio26- Coore27-ACOS

32 ELOISAHIASOITOMANO

1.4. Propriedades éticas

As propriedades éticas dos polímeros podem informar sobre aestrutura e ordenação moleculares, bem como sobre a exis-tência de tensões sob deformação.

As principais propriedades éticas dos materiais poliméricos são:transparência, índice de refração, birrefringência e fotoelasticidade.

1.4.1. Transparência

A transparência à luz visível é apresentada por polímeros amor-fos ou com muito baixo grau de cristalinidade. É quantita-t ivamente expressa pela transmitânáa, que é a razão entre aquantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz queincide perpendicularmente à superfície; pode alcançar até 92%nos plásticos comuns. A quantidade de luz restante é refletida àsuperfície ou absorvida dentro do material transparente. A pre-sença de inclusões muito pequenas, ou de cristalitos, torna omaterial semitransparente, pois essas partículas atuam espalhan-do a luz. Materiais poliméricos muito cristalinos tornam-se trans-lúcidos ou semitransparentes, ou mesmo opacos. A determinaçãoda transmitância é feita pelos métodos ASTM D 1746 e D 1003,e medida em %.

1.4.2. índice de refração

índice de refração de uma substância é a razão entre a velocida-de da radiação eletromagnética no vácuo (3 x IO10 cm/s) e a velo-cidade em um dado meio. O que se determina é a diminuição davelocidade da luz quando passa do vácuo para um meio transpa-rente e eticamente isotrópico. O índice de refração está relaciona-do ao desvio que ocorre quando o raio de luz passa em um ânguloinclinado de um meio para outro; é definido pela razão entre ossenos dos ângulos de incidência e de refração. A Figura 18 apontauma série de valores para essa propriedade, obtidos em materiaisdiversificados. O valor do índice de refração é importante para oemprego dos materiais em fibras óticas. Esse índice, que é adi-

1'nllMI K I I S I OMOMATKRIAISDI-: l-NCil-NHARIA 33

mensional, é medido segundo o método ASTM D 542. A maioriados polímeros tem índice de refração na faixa 1,45-1,60; é interes-sante observar o alto valor exibido pelo poli(tereftalato de etileno)e o baixo valor encontrado para a borracha natural.

A birrefringência ocorre em materiais anisotrópicos e é a dife-rença entre dois dos três índices de refração, segundo as três dire-

1,8

1,6

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O)u

1,3

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l

* * *1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

* * *232425 2627

* Não aplicável

Figura 18. índice de refração de diversos materiais a 20-25°C

POLÍMEROS

1-lDPE2 HOPE3-PP4 PS5-PVC6 PTFE7 PVACB - P M MA9-PAN

10 ER11-PET12-PC13-CRP14- PA-615- PA-1116- PA-6,617-PA 6,101 8 - P R19 UR20-MR21-PU22-NR

OUTROSMATERIAIS

34 ELOISA I I I A S O U ) M A N O

coes do espaço. A birrefringência pode ser provocada, mesmonum material isotrópico, por um campo elétrico (efeito Kerr), oupor um campo magnético (efeito Cotton-Moutori), ou por tensõesmecânicas (fotoelasticidadé).

Fotoelasticidade é a propriedade apresentada por alguns mate-riais sólidos, isotrópicos e transparentes, de se tornarem dupla-mente refringentes quando submetidos a forças; apresentam-secom zonas coloridas quando vistos à luz polarizada. Neste caso, abirrefringência resulta da variação do índice de refração do mate-rial quando está sob tensão. As formas delineadas nas zonas colori-das permitem observar a distribuição das forças no interior de es-truturas tensionadas, quando estas são transparentes. Esta proprie-dade pode ser utilizada no estudo da distribuição de tensões emgrandes estruturas (como pontes, colunas, etc.), através de mode-los de poli(metacrilato de metila) obtidos por polimerização nomolde e assim, livres de tensões.

1 .5 . Outras propriedades físicas

Dentre as propriedades físicas dos materiais poliméricos quenão se enquadram nos grupos anteriores, estão a densidade e a es-tabilidade dimensional.

1 . 5 . 1 . Densidade

A densidade de um material reflete a sua estrutura química e asua organização molecular. Assim, as regiões cristalinas são maiscompactas, enquanto que as regiões amorfas são mais volumosas.Os materiais poliméricos são todos comparativamente leves, comose vê na Figura 19, em que estão listadas as suas densidades emcomparação com outros materiais. A maior parte dos polímerosapresenta densidades na faixa 0,9-1,5, com a maior concentraçãode valores em torno de 1. A presença de halogênios conduz amaiores densidades, especialmente no politetraflúor-etileno, pro-duto totalmente halogenado, em que a densidade atinge 2,3. Ob-serva-se que, em geral, os materiais não-poliméricos têm densida-

1'OI.IMKKOS COMO MATERIAIS DE E N G E N H A R I A 35

Densidade-j 00 CO

Ò Ò w

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1-LDPE2-HDPE3 PP4 PS5-PVC6-PTFE7 PVAC8 PM MA9-PAN

10 ER11- PET12 PC13 ORP14- PA-615- PA 1116 PA 6,617 PA-6,1018- PR19 -UR20- MR21- PU22 NR

OUTROSMATERIAIS

23-Cerãmlcas24 Vidros25- Alumínio26 -Cobre27- Acos

Figura 19. Densidade de diversos materiais a 20-25°C

36 M M I S A H I A S M I K l MANO

de muito maior, especialmente os metais (por exemplo, ferro temdensidade 7-8).

A expressão densidade, ou densidade absoluta, pode ter diver-sos significados; assim, a massa por unidade de volume, a umacerta temperatura, é também chamada massa específica e é medidausualmente nas unidades g/cm3, kg/m3, g /ml. Por outro lado,pode significar o quociente de duas massas específicas, sendo umadelas tomada como padrão, e neste caso é chamada densidade re-lativa, que é uma grandeza adimensional. Esses valores são pratica-mente iguais, e assim geralmente se emprega apenas o termo den-sidade. Os métodos ASTM D 792 e D 1895 descrevem a determi-nação das diferentes densidades.

Não se deve confundir o significado da palavra "densidade",usada normalmente para os materiais compactos, com a expressãodensidade aparente ("bulk density"), que se aplica a materiaisdispersos (pós, fragmentos) ou materiais celulares (cujo volume in-clui uma certa porção de ar). A densidade aparente é medida nasmesmas unidades que a absoluta. Quanto maior for a compacta-ção do material, menor será a diferença entre os valores das densi-dades aparente e absoluta.

1.5.2. Estabilidade dimensional

Quando o polímero é altamente cristalino, a sua estabilidadedimensional é também elevada, pela dificuldade de destruiçãodas regiões ordenadas, que resultam da coesão molecular.

A estabilidade dimensional è uma importante propriedade paraaplicações técnicas, como por exemplo em engrenagens, peças deencaixe, etc. É encontrada em polímeros sem grupos hidroxila ouamina, pois estes grupos favorecem a formação de pontes de hi-drogénio e, portanto, a variação nas dimensões da peça, conformeo grau de umidade e de temperatura ambientes. A água absorvidaaumenta o volume e o peso da peça, e a sua remoção, por modifi-cação da umidade ou elevação da temperatura, provoca o apareci-mento de vazios e microfraturas, que modificam as propriedadesdo material. Se a cristalização do polímero ocorre muito devagar,acontece paralelamente a compactação da peça moldada, modifi-cando as dimensões originais.

1'OI.IMI-ROS COMO M A T E R I A I S DE ENGENHARIA 37

Não há método de uso geral para a determinação dessa caracte-rística. Uma indicação útil pode ser obtida através do métodoASTM D 756.

2. Propriedades químicas

Dentre as propriedades químicas mais importantes dos mate-riais poliméricos, diretamente relacionadas às suas aplicações, es-tão a resistência à oxidação, ao calor, às radiações ultravioleta, àágua, a ácidos e bases, a solventes e a reagentes.

2.1. Resistência à oxidação

Uma propriedade bastante procurada nos polímeros é sua resis-tência â oxidação. Esta resistência é mais encontrada nas macromo-léculas saturadas (isto é, contendo apenas ligações simples entreátomos de carbono), como a das poliolefinas (polietileno, polipro-pileno, poliisobutileno). Nos polímeros insaturados (isto é, queapresentam dupla ligação entre átomos de carbono), particular-mente nas borrachas, a oxidação pode ocorrer através dessas insa-turações, rompendo as cadeias, diminuindo seu tamanho e conse-qiientemente, a resistência mecânica do material. A presença deátomos de carbono terciário na cadeia, saturada ou insaturada,baixa a resistência à oxidação.

O ataque químico pelo ar à macromolécula é mais pronunciadoem presença de ozônio, que se forma devido a centelhas elétricas,nas imediações de tomadas, etc. Essa propriedade é medida atra-vés de ensaio de resistência às intempéries, descrita pelos métodosASTM D 1870, D 1920, D 1499, D 1435, D 756 e G 23; é medidapela perda em uma determinada característica, geralmente mecâ-nica.

2.2. Resistência à degradação térmica

A exposição de polímeros ao calor em presença de ar causa a suamaior degradação, dependendo da estrutura do polímero; envolve

38 l l t i | s . \l \ M M A N d

reações químicas às vezes bastante complexas. Essas reações sãocausadas pela formação de radicais livres na molécula, frequente-mente com a interveniência do oxigénio, gerando radicais livrespela ruptura das ligações covalentes dos átomos nas cadeias macro-moleculares insaturadas, ou nas cadeias contendo átomos de car-bono terciário; nestes pontos, há maior facilidade de formação dehidroperóxidos, de rápida decomposição, causando a cisão das li-gações covalentes carbono-carbono. Ao lado da alteração nas pro-priedades, é comum ocorrer também mudança de coloração da pe-ça, por oxidação.

Os polímeros clorados, como o poli(cloreto de vinila) e opoli(cloreto de vinilideno), são muito sensíveis à degradação tér-mica durante o processamento, devido à fácil ruptura das ligaçõescarbono-cloro.

Poliacetal (ou poliformaldeído) é suscetível de decomposiçãotérmica por despolimerização a aldeído fórmico, seu monômero.A resistência ao calor é estimada pelo método ASTM D 794, e me-dida conforme a propriedade focalizada.

2.3. Resistência às radiações ultravioleta

As macromoléculas de estrutura insaturada apresentam baixaresistência às radiações ultravioleta, que são absorvidas, gerandofacilmente radicais livres, os quais atuam de forma semelhante aoque foi descrito no tópico anterior. Esse fenómeno ocorre na expo-sição de plásticos à luz solar. Por exemplo, a formação de fissuras erachaduras, com a fragmentação do polipropileno ou do polietile-no de baixa densidade, quando expostos prolongadamente à luzdo dia.

Às vezes ocorre modificação das propriedades mecânicas peloenrijecimento do material, devido à formação de ligações cruza-das. Essa propriedade pode ser observada diretamente, pela expo-sição ao sol, ou pelo ensaio de resistência à luz ultravioleta (méto-do ASTM D 1148), medindo uma propriedade antes e após a ex-posição.

l \ll m IS( < 'M ' > M M I K l A I s n i í l í N C . K N H A R I A 39

2.4. Resistência à água

A resistência à água em polímeros é avaliada pela absorção deumidade, que aumenta as dimensões da peça, o que prejudica aaplicação em trabalhos de precisão. Além disso, a variação do teorde umidade pode provocar uma rede de microfraturas na superfí-cie dos artefatos, e altera suas propriedades elétricas e mecânicas.

A absorção de água é mais fácil quando a molécula do polímeroapresenta grupamentos capazes de formar pontes de hidrogénio.Por exemplo, peças de náilon, de celulose ou de madeira podemabsorver umidade, mudando de dimensões. Por outro lado, absor-ção da água pode aumentar muito o peso do material polimérico aser adquirido, prejudicando o comprador, além do usuário do ar-tefato. Os produtos que absorvem água exigem secagem préviaantes da moldagem.

Essa sensibilidade à água permite ver o grau de cura de resinasfenólicas; por exemplo, no caso da cura incompleta, os laminadosfenólicos em contato com a água incham, mudam de tamanho esofrem delaminação. Isso pode servir para verificar se as peças es-tão mal curadas, pelo ensaio de absorção da água descrito nos mé-todos ASTM E 96 e D 570; o que se mede é a percentagem doaumento de peso da amostra.

2.5. Resistência a ácidos

O contato com ácidos em geral, em meio aquoso, pode causar aparcial destruição das moléculas poliméricas, se houver nelas gru-pamentos sensíveis à reação com ácidos. Por exemplo, as resinasmelamínicas e os produtos celulósicos sofrem alteração em meioácido, mesmo diluído. O método ASTM D 543 descreve a avalia-ção da resistência a ácidos de forma semi-quantitativa. O efeito domeio de imersão pode ser também verificado pela aplicação dométodo ASTM C 581.

2.6. Resistência a bases

As soluções alcalinas (básicas), usualmente aquosas, em maiorou menor concentração, são bastante agressivas a polímeros cuja

.1(1 IÍI.UISA II IASOI K IMANO

estrutura apresente certos grupamentos, como carboxila, hidroxilafenólica e éster. Assim, as resinas fenólicas e epoxídicas, bem co-mo os poliésteres insaturados, são facilmente atacados por produ-tos alcalinos. O ensaio de resistência a bases é feito pelos métodosASTM D 543 e C581.

2.7. Resistência a solventes e reagentes

A solubilidade depende fundamentalmente da interação dasmoléculas do soluto com o solvente. Quando as moléculas do sol-vente são mais afins com o polímero do que com elas próprias, po-dem penetrar entre as cadeias macromoleculares, gerando intera-ções de caráter físico-químico. Forças intermoleculares, como pon-tes de hidrogénio, ligações dipolo-dipolo ou mesmo forças de Vander Waals, permitem a dispersão, a nível molecular, dos políme-ros, isto é, a sua dissolução.

Polímeros pouco polares, como os poli-hidrocarbonetos, sãomais sensíveis aos solventes do mesmo tipo (isto é, de mesma na-tureza química), que têm afinidade pelo material e penetram en-tre as macromoléculas, afastando-as. O mesmo ocorre com polí-meros polares, que são "sensíveis a solventes polares. Quando asmacromoléculas são mais afins com elas próprias do que com a sol-vente, elas não se dissolvem.

Quando a macromolécula é muito cristalina, os cristalitos difi-cultam a penetração dos solventes, aumentando a insolubilidadedo material. Se o polímero tem estrutura reticulada, adquiridaapós a cura, a macromolécula torna-se gigantesca e a dispersãomolecular é impossível.

Quando a macromolécula apresenta estrutura aromática ou sa-turada, oferece também resistência a solventes e reagentes.

Assim, com o conhecimento químico, pode-se prever o compor-tamento dos polímeros diante dos solventes.

A resistência a solventes e reagentes é medida pelos ensaiosASTM D 543 e C 581, por observação visual ou variação da pro-priedade focalizada.

1 ' l l l l M I K M S C O M U M A I I K I A I S I » l N< ,I'.NI IAK IA 41

2.8. Inflamabilidade

A inflamabilidade dos materiais é propriedade muito impor-tante. Quando um polímero orgânico é aquecido, ele vai progres-sivamente sofrendo modificações, a princípio físicas e depois quí-micas, terminando por sofrer decomposição total em produtos vo-láteis.

Esse comportamento é diferente dos materiais clássicos de enge-nharia. Se o polímero contém aditivos minerais, como caulim eóxido de titânio, a combustão total deixa cinzas, nas quais se en-contram aqueles aditivos.

Em materiais de engenharia clássicos, como cerâmicas, vidros emetais, não ocorre essa combustão. No caso de madeiras, que sãoconstituídas de celulose com impregnações de substâncias orgâni-cas e minerais, a combustão total produz também cinzas. A facili-dade de queima é uma desvantagem dos polímeros orgânicos.

Conforme a natureza química do polímero, a decomposição tér-mica pode ser facilitada ou dificultada. Polímeros de fácil decom-posição, como o nitrato de celulose, nem permitem a quantifica-ção da propriedade, pela rapidez da combustão. Os polímeros ter-morrígidos, como as resinas fenólicas, apresentam maior dificul-dade de combustão, e por isso são usados na confecção de peçaspara uso elétrico.

Quando o polímero apresenta anéis aromáticos e ausência de ca-deias parafínicas, há um auto-retardamento da sua inflamabilida-de, sem manutenção de chama; forma-se resíduo negro, grafítico,com liberação de pouca fumaça. A existência de grupos éster favo-rece o desprendimento de CO2 por aquecimento, contribuindopara o auto-retardamento da chama.

Os métodos mais comuns para a avaliação da inflamabilidadede plásticos medem o tempo necessário para a chama percorrerum filme do polímero, sob determinadas condições, através dosmétodos ASTM D 2843 e D 568. Outro método bastante usado éaquele proposto por Underwriters Laboratories, sob a designaçãoUL 94 V.

As Figuras 20, 21 e 22 dão a perm

eabilidade dos polímeros m

aiscom

uns a nitrogénio, a dióxido de carbono e a vapor dágua, res-pectivam

ente. Nota-se a baixa perm

eabilidade dos plásticos e'a al-ta perm

eabilidade das borrachas. D

eve-se observar a capacidadem

uito maior de perm

eação do dióxido de carbono em relação ao

nitrogénio.

Os polím

eros exibem pequena perm

eabilidade a gases e vapo-res, cujo transporte ocorre ou intersticialm

ente, através de porosperm

anentes ou transitórios da mem

brana, ou por um processo de

sorção ou dissolução, em um

lado da barreira, seguido de difusãoatravés dela e posterior dessorção ou evaporação, no outro lado.

A perm

eação de moléculas pequenas através de m

ateriais poli-m

éricos se dá nas regiões amorfas, onde as cadeias m

acromolecula-

res estão mais afastadas. A

presença de domínios cristalinos dim

i-nui bastante a perm

eabilidade. Por exemplo, a borracha butílica

(copolímero de isobutileno e isopreno) é m

ais imperm

eável a ga-ses, sendo usada em

câmaras de ar de pneus. Essa característica é

devida à cristalinidade desenvolvida no material quando sujeito à

tração.

A perm

eabilidade de m

ateriais poliméricos a gases e vapores é

uma propriedade im

portante para sua aplicação em em

balagens.E m

edida pela quantidade do material perm

eante transferida naunidade de tem

po e por unidade de área, através de uma cam

adade espessura unitária, sendo 1 cm

Hg a diferença de pressão entre

as faces. A quantidade de m

aterial pode ser expressa em volum

e(m

edido em condições norm

ais de temperatura e pressão) ou em

massa.

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Capítulo 3

MATERIAIS DE ENGENHARIA

O homem encontra à disposição, para seu conforto,uma imensa variedade de materiais que pode ser distribuída em 2grandes grupos: os materiais inorgânicos e os orgânicos.

Os materiais inorgânicos compõem a maior parte da crosta ter-restre. São encontrados em rochas e constituídos de metais e seusderivados, óxidos, hidróxidos, sulfetos, cloretos, silicatos, etc. —isto é, pertencem ao Reino Mineral. Incluem ainda compostos detodos os elementos (com exceção do carbono em substâncias orgâ-nicas). Dentre eles, as cerâmicas e os vidros são importantes mate-riais empregados em Engenharia.

Os materiais orgânicos compreendem a grande classe dos pro-dutos renováveis, pertencentes aos Reinos Vegetal e Animal. To-dos devem conter carbono e hidrogénio, podendo apresentar tam-bém em sua composição átomos de oxigénio, nitrogénio, enxofreou fósforo. Um exemplo desses materiais é a madeira. A eles, a in-teligência e a criatividade do homem acrescentou uma ilimitadadiversidade de produtos sintéticos, destacando-se os polímeros,cuja característica dominante é apresentarem pesos molecularesgrandes, acima de IO3. Os polímeros de uso geral mais comunstêm pesos moleculares da ordem de IO5, devido a exigências quan-to às propriedades mecânicas, cuja correlação ao tamanho molecu-lar é ilustrada na Figura 23.

Os materiais de engenharia podem ser distribuídos em 2 gran-des divisões: os clássicos, ou convencionais, e os materiais de enge-nharia não clássicos, ou polímeros sintéticos.

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Figura 25. Estrutura química da celulose

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Figura 26. Trecho representativo da estrutura química da lignina

POLÍMEROS (.OMO M ATIÍKI AIS DE ENGENHARIA 51

tros polissacarídeos, designados genericamente por hemicelulose,além de lignina, breu, proteínas, traços de substâncias minerais eoutros componentes, dependendo da espécie botânica focalizada.É comum a divisão das madeiras em duras, como a madeira de ja-carandá (mais escura, mais rica em lignina) e macias, como o pi-nho (mais clara, com pouca lignina).

A indústria madeireira utiliza largamente os resíduos de madei-ra, tais como lâminas, lascas e partículas, para a fabricação de pro-dutos de madeira reconstituída, tais como vigas laminadas, sarra-feados, laminados, aglomerados e chapas (Quadro 2). Nesses pro-dutos, os componentes são respectivamente meias-vigas, blocos,lâminas, partículas e fibras, unidos por resina ureica (quando setrata de uso em interiores) ou fenólica (exteriores); no caso da in-dústria naval, os compensados estruturais exigem o uso de resinasepoxídicas.

Quadro 2. Produtos industriais de madeira reconstituída

Componentes

Tábuas cpranchões

Blocos

Laminados

Partículas

Fibras

Madeira reconstituída

Vigas laminadas

Compensados sarrafeados

Compensados de uso comum

Compensados estruturais

Faqueados

Aglomerados

Chapas

Aplicações típicas

Construção civil

Móveis

Móveis, divisórias,embalagens

Construção civil

Construção naval

Revestimentos comunse decorativos

Móveis, divisórias,embalagens

Divisórias, gavetas

1.2. Cerâmica

As cerâmicas são materiais inorgânicos, usados pelo homemdesde os tempos pré-históricos. Resultam do aquecimento, a tem-

52 EI.OISA MIAM>TTO MANO

peraturas elevadas, com ou sem pressão, de mistura de argilas comóxidos de alguns metais. Argilas são silicatos de alumínio hidrata-dos, isto é, contendo principalmente óxidos de silício (sílica, SiO2)e de alumínio (alumina, A12 O3), além de água e quantidades me-nores de óxidos de outros metais.

Os silicatos são realmente a base sobre a qual as cerâmicas sãoestruturadas. A unidade fundamental dos silicatos é um tetraedro(Figura 27), com o átomo de silício no centro e 4 átomos de oxigé-nio nos vértices. Devido aos átomos de oxigénio, esses tetraedrospodem apresentar disposições variáveis, que influenciam as pró-

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-^SiOá

Monossilicato

eo oe

Si.

Dissilicato

V. ^0. -Oe

_-l

./v Trissilicato

etc.

Figura 27. Estrutura química dos silicatos

r, .1 IMI-:ROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 53

priedades do material cerâmico obtido. Assim, os minerais argilo-sos exibem rede cristalina em lâminas ou em fibras, formadas portetraedros de SiO4'4. Macroscopicamente, são constituídos porpartículas de pequenas dimensões, com interstícios entre elas, osouais lhes conferem porosidade e isolamento térmico. Essas carac-terísticas, aliadas à grande resistência a altas temperaturas, permi-tem o seu uso em peças refratárias, em fornos industriais.

Um material cerâmico pode ser um sólido cristalino, ou vítreo,ou misto. Se seus átomos têm um arranjo ordenado linearmente,fila por fila, camada por camada, em "longas'' distancias (quandocomparadas com as distâncias interatômicas), o material apresentacristalinidade. As cerâmicas cristalinas incluem muitos óxidos sim-ples tanto isolados como combinados, em misturas monofásicas,primárias, ou polifásicas, isto é, binárias, ternárias, etc.

Cerâmicas monofásicas cristalinas podem ocorrer como mono-cristais, com uma única orientação cristalográfka. Por exemplo asafira, que é a forma cristalina do óxido de alumínio (A12 O,), de-sienada por tf//#-alumina. . ..

As cerâmicas comuns são caracteristicamente massas policnstali-nas com mudanças abruptas ocorrendo na orientação e composi-ção em cada grão. Há, assim, uma descontmuidade brusca nos ar-ranjos cristalinos de sítios atómicos e no caráter da ligação, e, por-tanto nas propriedades da massa cerâmica. Essas regiões íronteinças são termodinamicamente mais instáveis do quedos materiaiscristalinos adjacentes a elas. Cada propriedade da cerâmica depen-de em algum grau, das quantidades relativas das fases presentes,daVespectiva composição e estrutura, da sua disposição espacial, eda forma, dimensão e orientação dos grãos e dos poros. Existe ou-tra descontinuidade na superfície livre das cerâmicas, entre o soli-do cerâmico e o ambiente externo. Muitas das propriedades dascerâmicas são sensíveis à superfície. A .

A estabilidade química em alto grau, encontrada nas cerâmicas, ecaracterística dos óxidos, e também dos nitretos, carbetos, boretos,sulfetos etc.; estes compostos formam a base de todos os materiaiscerâmicos Em particular, muitos dos óxidos são extremamente es-táveis por longos períodos, em condições ambientais comuns, esão resistentes a posterior oxidação, ou redução a suboxidos oumetais A estabilidade dos compostos cerâmicos e o resultado da

54 lil.OISA III ASO l H IMANO

estrutura cristalina, da ligação química (iônica, covalente ou mis-ta) e do grande campo de força, associado aos vários cátions, relati-vamente pequenos e altamente carregados, encontrados nas cerâ-micas refratárias. Os óxidos de tório (tória) e ítrio (ítria) são osmais estáveis. Outros, largamente usados pela sua estabilidadequímica, são: óxido de alumínio (alumina), óxido de magnésio(magnésia) e óxido de zircônio (zircônia). Muitos desses óxidostêm ponto de fusão acima de 1700°C.

Os arfetafos são geralmente produzidos por sinterização de pó,ao invés de resfriamento de líquido. As cerâmicas comuns são ma-teriais porosos, que podem ser vitrificados superficialmente a tem-peraturas elevadas (700 a 1800°C, ou até temperaturas superiores,para produtos especiais), mantendo interstícios no seu interior.

Quando os átomos metálicos estão ordenados com alguma regu-laridade, sem apresentar alto grau de ordenação por "longas" dis-tâncias, o material é vítreo; por exemplo, o vidro.

1.3. Vidros

Os vidros são substâncias inorgânicas consideradas como líqui-dos super-resfriados; são misturas estáveis, extremamente viscosas,compostas de óxidos metálicos, geralmente de silício, sódio e cál-cio, que se comportam como sólidos à temperatura ambiente.Compreendem uma rede com um grau limitado de ordem, semunidades repetidas regularmente. A estrutura geral é aleatória,amorfa, mesmo quando o vidro está sob a forma de fibra estirada.Muitos autores consideram os vidros como materiais cerâmicos.

A sílica é o principal componente do vidro: é encontrada abun-dantemente na Natureza, sob a forma de areia. Na sua forma cris-talina, 4 átomos de oxigénio se dispõem tetraedricamente em tor-no de cada átomo de silício, sendo que cada átomo de oxigénio seliga a 2 átomos de silício. Forma-se assim uma estrutura cristalinaregular, presente no quartzo, representada esquematicamente naFigura 28a. As vezes, a estrutura é irregular, conforme visualizadona Figura 28b.

Os vidros comerciais comuns (vidros alcalinos) são do tipo sílica-cal-soda, com pequena quantidade de alumina, e usados em fras-

l'( )l IMH« >S < l "Mi i M Al l - R I A I S [)E ENGENHARIA55

a. Estrutura regular, cristalina (quartzo)

b. Estrutura irregular, não-cristalina

Q Silício Q Oxigénio

Figura 28. Estrutura química do dióxido de silício

56 ELOISABIASOTOMANO

cos, garrafas e vidros para janela. Amolecem a temperaturas maisbaixas que a sílica, pois a continuidade da rede é interrompida pe-la presença de átomos adicionais de oxigénio e dos vários metais,incorporados como óxidos; por exemplo, chumbo ("cristal"), bá-rio (vidros mais densos, "crown"). A inclusão de alumina eleva atemperatura de amolecimento. Vidros ácidos, de boro-silicato("Pyrex"), têm mais alta resistência ao calor e a reagentes quími-cos, e mais baixa expansão térmica do que os vidros comuns; con-tam com alta proporção de sílica, à qual é adicionado bórax ou áci-do bórico (como B2O3). O "cristal", ou "cristal de chumbo", éusado para peças artísticas de melhor qualidade, ou em aparelhoscientíficos. O peso molecular dos vidros é indeterminado; a repre-sentação esquemática é mostrada na Figura 29.

Quimicamente, o "cristal" leve tem 67% de SiO2, 15% deóxido de sódio, óxido de chumbo em quantidade maior que 11%,e pequenas quantidades de óxidos de zinco, alumínio e potássio.O vidro de janela tem 72% de óxido de silício, 14% de óxido desódio, 10% de óxido de cálcio e pequenas quantidades de óxidosde alumínio, ferro e magnésio. O "Pyrex" tem 80% de óxido desilício, 12% de óxido de boro e pequenas quantidades de outrosóxidos.

A cor dos vidros é obtida de 2 maneiras: ou empregando óxidoscoloridos, ou metais, sob a forma de partículas coloidais. No pri-meiro caso, obtêm-se cores dissolvidas, que são causadas pela par-ticipação de íons de metais de transição na estrutura molecular,enquanto que, no segundo caso, obtêm-se cores coloidais, resul-tantes da presença de partículas que espalham a luz de forma va-riável.

A cor dos vidros é um fenómeno complexo. No caso de coresdissolvidas, depende da natureza e do grau de oxidação dos íonsempregados, que sofrem modificação durante a fabricação, devidoàs altas temperaturas. No caso das cores coloidais, o tamanho daspartículas causa variação no comprimento de onda da luz absorvi-da, e a interação dessas radiações luminosas com o vidro influi nasua cor.

A presença de íons de certos elementos, geralmente metais pe-sados, confere cores características aos vidros; por exemplo, azul(cobalto), rubi (cádmio, selênio ou cobre), azul-esverdeado ou

l'( II IMIiKOS COMO MATIÍRIAIS 151: KNCiHNHAKIA 57

Q Silício

O Oxigénioíons metálicos

diversos

Figura 29. Estrutura química representativa dos vidros

verde-azulado (cobre), verde (ferro). Partículas muito pequenasde ouro dão ao vidro colorações que variam do púrpura ao amare-lo, conforme suas dimensões.

A indústria de vidros coloridos é antes uma arte, transmitida depais para filhos, que a ela vêm se dedicando artesanalmente desdemuito tempo. Na Itália, ainda podem ser encontrados algunsexemplos desses artesãos e de suas obras.

58 ELOISA BIASOTTO M A N O

1.4. Metais

Os metais, sob formas diversas, têm sido usados pelo homemdesde tempos pré-históricos.

Quando os átomos, em número cada vez maior, se agrupam pa-ra formar "grandes" partículas (IO4— IO24 átomos), as proprieda-des metálicas típicas começam a aparecer. Efeitos como resistênciamecânica, brilho, maleabilidade, ductibilidade, condutividade emagnetismo, de intensidades variáveis, passam então a ser obser-vados.

Quando o crescimento dessas partículas cessa espontaneamente,formam-se bordas, cantos, degraus, dobras. Os menores encadea-mentos desses átomos têm pesos moleculares na faixa de IO5— IO6

- que é justamente o máximo encontrado para peso moleculardos polímeros de importância industrial. Pode-se compreenderque, se esses encadeamentos atómicos forem ainda maiores, compesos moleculares da ordem de IO26- IO27, conduzam a proprieda-des mecânicas muito mais exaltadas (encontradas nos metais) doque as dos polímeros sintéticos.

As características típicas dos materiais metálicos são:- Refletem a luz, e por isso têm aspecto brilhante;

Têm alta condutividade térmica e elétrica, sendo a condutivi-dade elétrica desacompanhada de mudanças químicas detectá-veis e diminuindo quando a temperatura aumenta;Têm alta densidade, o que indica empacotamento compactode seus átomos; e

- Apresentam grande resistência mecânica, sendo tanto maleá-veis (isto é, podendo ser achatados), quanto dúcteis (quer di-zer, transformáveis em fios).

É especialmente importante o fato de a estrutura cristalina dosmetais ser preservada sob deformações moderadas. Isto é devido àsfortes interações, conhecidas por ligações metálicas, que unem osátomos dos metais uns aos outros e são decorrentes do desloca-mento de elétrons ao longo desses encadeamentos. Quanto maispróximos estiverem os átomos metálicos, em função da sua estru-tura eletrônica, mais fortes serão as interações entre eles, isto é,maior será a resistência do material. Os elétrons são o meio detransmissão, tanto da eletricidade quanto do calor, neste caso atra-

POI.IMKROS COMO M A T I - R I A I S DE ENGENHARIA 59

vês do choque entre eles e os íons da rede cristalina Um cotndutormetálico apresenta fluência de elétrons, devido às bandas esnergé-ticas incompletamente preenchidas desses metais, que permaítem oescoamento de elétrons na direção de um potencial aplicadio, des-locando-os para os níveis de energia mais altos não ocupados den-tro da banda.

Há três estruturas cristalinas metálicas básicas, denom»inadasempacotamento compacto cúbico, empacotamento compaocto he-xagonal e empacotamento cúbico de corpo centrado. Dessass estru-turas decorrem muitas das propriedades dos metais.

Em geral, os metais são usados em misturas ou ligas mettálicas.Os principais materiais metálicos empregados emengenharria são:ferro, aço, bronze, cobre, alumínio e estanho.

O ferro é o quarto elemento mais abundante na crosta terrrestre,sendo ultrapassado apenas por alumínio, silício e oxigénio. A civi-lização somente começou a se desenvolver quando o ruomemaprendeu a extraí-lo de seus minérios. É empregado indiustrial-mente sob a forma de ligas, das quais a mais importante é o aço.Algumas dessas ligas se encontram relacionadas no Quadrco 3 •

2. Materiais de engenharia polimêricos sintéticos

Além das macromoléculas encontradas na natureza, miuitosprodutos químicos obtidos por via sintética podem apresem ar lon-gas cadeias. Neste caso, são geralmente denominados polímerossintéticos, e dentre eles se encontram importantes materiais de en-genharia.

As propriedades dos polímeros dependem bastante dos mate-riais de partida (isto é, os monômeros), do tipo de reação empre-gada na sua obtenção e também da técnica de preparação^

Há três tipos gerais de reação pelos quais se pode produzir umpolímero: a poliadição, a policondensação e a modificação cquími-ca de outro polímero. Conforme a natureza química do mojiôme-ro, o tipo de reação visada e a aplicação desejada para o polHmero,varia a técnica de sua preparação (em massa, em soluçã_o, ememulsão, em suspensão, interfacial).

Na poliadição, os monômeros quase sempre apresentam «duplasligações entre átomos de carbono. Não há formação de subfprodu-

60 ELO1SA BIASOTTO MANO

Quadro 3. Ligas de ferro de importância industrial

Denominação

Aço

Ferro -níquel

Aço comum

Aço inoxidável

Aço-cromo

Aço -manganês

Aço -silício

Aço -tungsténio

Aço -boro

Aço-níquel

Elemento característico*o»/.)

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10-15

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2-9

B

—

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—

—

0,0015

Usos típicos

Material magnético e cletrò-nico

Placas para navios, molas,mandris, lâminas para agita-dores, latas, vasilhames

Cutelaria, componentes resis-tentes à oxidação

Instrumental abrasivo e cor-tante, vasos de pressão, rea-tores, moldes

Cofres, eixos de rodas, ins-trumentos de corte

Laminados de uso geral,componentes resistentes aácidos

Componentes sujeitos a altarotação

Laminados duros, estruturassoldadas, tubos com costura

Uso geral em componentesde alta resistência mecânica,hastes de agitadores, flanges,tubos com ou sem costura

* Além do ferro, outros elementos podem estar presentes, em quantidades variáveis.

tos e os pesos moleculares podem atingir valores muito altos, nafaixa de IO5- IO6. Os polímeros de importância industrial obtidospor poliadição estão relacionados no Quadro 4.

Na policondensação, há formação de subprodutos, que preci-sam ser removidos do meio reacional. Os pesos moleculares sãomenores que os pesos dos polímeros obtidos por poliadição, fican-do geralmente na ordem de IO4. Os polímeros preparados atravésde reações de policondensação são referidos no Quadro J.

A modificação de polímeros resulta de reações químicas sobrepolímeros já existentes, sejam eles naturais ou sintéticos. As mu-danças no peso molecular, na solubilidade, na resistência mecâni-ca, elétrica, etc., permitem uma diversificação ampla de suas apli-

POLlMEROS COMO M A T K R I A I S DE ENGENHARIA 61

Quadro 4. Polímeros industriais resultantes de reações de poliadição

Polímero

Polietileno

Polipropileno

Poli-isobutileno

Poliestireno

Polibutadieno

Poli-isopreno

Copoli(etileno-propileno-dieno)

Copoli(isobutileno-isopreno)

Copoli(butadieno-estireno)

Poli(cloreto de vinila)

Poli(cloreto de vinilideno)

Policloropreno

Poli(fluoreto de vinilideno)

Poli(tetraflúor-etileno)

Poli( acetato de vinila)

Poli(metacrilato de metila)

Poliacrilonitrila

Copoli(butadieno-acrilonitrila)

Copoli(estireno-acrilonitrila)

Copoli(estireno-butadieno-acrilonitrila)

Copoli(etileno-acetato de vinila)

Sigla

PE

PP

PIB

PS

BR

IR

EPDM

IIR

SBR

PVC

PVDC

CR

PVDF

PTFE

PVAC

PMMA

PAN

NBR

SAN

ABS

EVA

Observação: Nomenclatura aceita pela IUPAC.

cações. No Quadro 6 estão listados os principais polímeros resul-tantes da modificação de outros polímeros.

Os polímeros industriais obtidos através dessas rotas sintéticaspodem ser utilizados como materiais de engenharia, tanto indivi-dualmente quanto em sistemas mistos, mais complexos.

No primeiro caso, isto é, os sistemas poliméricos simples, os po-límeros são em geral aditivados com pequenas quantidades de in-

62 ELOISA BIASOTTO MANO

Quadro 5. Polímeros industriais resultantes de reações de policondensação

Polímero

Poli(glicol etilênico)

Poli(óxido de fenileno)

Poli(éter-éter-cetona)

Resina epoxídica

Poli(dimetil-siloxano)

Poli(tereftalato de etileno)

Poli(tereftalato de butileno)

Policarbonato

Poli(ftalato-maleato de etileno)*

Poliamida-6

Poliamida- 1 1

Poliamida-66

Poliamida-610

Poli(fenileno-tereftalamida)* *

Polibenzimidazol

Poli(amida-imida)

Poli(éter-imida)

Poli-imida

Poli(sulfeto de fenileno)

Poli(aril-sulfona)

Polí(éter-sulfona)

Resina de fenol-formaldeído

Resina de uréia-formaldeído

Resina de melamina-formaldeído

Poli(óxido de metileno)* * *

Poliuretano

Sigla

PEG

PPO

PEEK

ER

PDMS

PET

PBT

PC

PEPM

PA-6

PA- 11

PA-66

PA-610

PPTA

PBI

PAI

PEI

PI

PPS

PÁS

PÉS

PR

UR

MR

POM

PU

* Poliéster insaturado* * Poliamida aromática

*** PoliacetalObservação: Nomenclatura aceita pela IUPAC.

l>( )I I M I l« )S ( ( ) M ( ) M ATh.KI AIS Dl- ENGENHARIA 63

Quadro 6. Polímeros industriais resultantes de modificação química de outrospolímeros

Polímero

Nitrato de celulose

Acetato de celulose

Metil-celulose

Hidroxi-etil-celulose

Carboxi-metil-celulose

Poli( álcool vinílico)

Copoli(isobutileno-isopreno) clotado

Polietileno clorado

Polietileno cloro-sulfonado

Poli(cloreto de vinila) clorado

Sigla

CN

CAC

MC

HEC

CMC

PVAL

CIIR

CPE

CSPE

CPVC

Observação: Nomenclatura aceita pela IUPAC.

gredientes específicos, que lhes conferem características, como cor,flexibilidade, resistência mecânica, resistência às intempéries,etc., adequadas ao artefato que se pretende fabricar. Esses aditivossão, por exemplo, os corantes, os pigmentos, os plastificantes, ascargas, os estabilizadores, os antioxidantes e os agentes de reticula-ção.

No segundo caso, os sistemas poliméricos mistos, contendoquantidades substanciais de cada componente, podem ser distri-buídos em 2 grupos: aqueles que se apresentam como misturasmiscíveis de diferentes polímeros, molecularmente homogéneas,que são também denominadas ligas poliméricas ("polymeralloys"), em analogia às ligas metálicas, e aqueles que compõemmisturas imiscíveis, macroscopicamente heterogéneas, que são ge-nericamente denominados misturas poliméricas ("polymerblends").

2.1. Sistemas poliméricos simples

Os sistemas poliméricos simples encontrados nos materiais deengenharia sintéticos são essencialmente constituídos pelos polí-

64 KI.OISA HIASOTTO M A N O

meros já relacionados nos Quadros 4, 5 e 6. Podem ser divididosde diversas maneiras.

Quanto ao seu comportamento ao calor, podem se apresentarcomo termoplásticos ou termorrígidos, conforme já foi referidoanteriormente. Quanto à sua resistência mecânica, é comumagrupá-los em borrachas ou elastômeros, plásticos t fibras. Quanto àescala de fabricação, é frequente encontrar-se as expressões plásticosde comodidade ("commodities"), que representam a maior parte daprodução total de plásticos no mundo, compreendendo polietile-no, polipropileno, poliestireno, etc., e plásticos de especialidade("specialities"), como por exemplo o poli(óxido de metileno), opoli(cloreto de vinilideno), etc.

Do ponto de vista de aplicação, os plásticos podem ser distribuí-dos em 2 grandes grupos: plásticos de uso geral ç. plásticos de en-genharia (Quadro 7). Os plásticos de uso geral, por sua vez, po-dem ser distribuídos em termoplásticos e termorrígidos. Com oobjetivo de complementar este livro, informações também sãoapresentadas sobre esses polímeros. São termoplásticos o polietile-no (Quadro 8], o polipropileno (Quadro 9), o poliestireno (Qua-dro 10), o poli(cloreto de vinila) (Quadro 11), o poli(acetato de vi-nila)| (Quadro 12), a poli(acrilonitrila) (Quadro 13), o poli(cloretode vinilideno) (Quadro 14), e o poli(metacrilato de metila) (Qua-dro 15). São termorrígidos a resina fenólica (Quadro 16), a resinaureica (Quadro 17), a resina melamínica (Quadro 18), a resinaepoxídica (Quadro 19), o poliéster insaturado (Quadro 20); os po-liuretanos, por sua vez, tanto podem ser termoplásticos quantotermorrígidos (Quadro 21). Os plásticos de engenharia serão abor-dados com mais detalhe nos itens subsequentes.

A importância dos materiais poliméricos sintéticos na indústriapode ser bem compreendida pelo volume de sua produção anualque, no Brasil, em 1988, atingiu cerca de 3 milhões de toneladas(Quadro 22). Por outro lado, para os termoplásticos, que repre-sentam 2/3 da produção nacional, o consumo anual nos paísesmais adiantados é da ordem de 50 kg per capita, enquanto que noBrasil não ultrapassa 10 kg — dados relativos ao ano de 1987(Quadro 23}.

POLÍMEROS COM» MATERIAIS Dl- ENGENHARIA 65

Quadro 7. Classificação dos plásticos quanto à sua aplicação

Aplicação

Geral

Engenharia

Grupo

Termoplástico

Termorrígido

Uso geral

Uso especial

Principais plásticos

PolietilenoPolipropilenoPoliestirenoPoliestireno de alto impactoCopoli(estíreno-acrilonitrila)Copoli(acrilonitrila-butadieno-estireno)Copoli(etileno-acetato de vinila)Poli(cloreto de vinila)Poli( acetato de vinila)Poli(acrilonitrila)Poli(cloreto de vinilideno)Poli(metacrilato de metila)

Resina epoxídicaResina de fenol-formaldeídoResina de uréia-formaldeídoResina de melamina-formaldeídoPoliuretanos"

Polietileno de altíssimo peso molecularPoli(óxido de metileno)Poli(tereftalato de etileno)Poli(tereftalato de butileno)PolicarbonatoPoliamidas alifáticasPoli(óxido de fenileno)Poli(fluoreto de viilideno)

Poli(tetraflúor-etileno)PoliarilatosPoliésteres líquido-cristalinosPoliamidas aromáticasPoli-imidasPoli(amida-imida)Poli(éter-imida)Poli(éter-cetona)Poli(éter-éter-cetona)Poli(éter-sulfona)Poli(aril-sulfona)Poli(sulfeto de fenileno)

Sigla

PEPPPSHIPSSANABSEVAPVCPVACPANPVDCPMMA

ERPRURMRPU

UHMWPEPOMPETPBTPCPAPPOPVDF

PTFEPARLCPPAPIPAIPEIPEKPEEKPÉSPÁSPPS

* Também podem ser termoplásticos.

66 ELOISABIASOTOMANO

Quadro 8 . Polietileno

Abreviação: PE

Outras denominações:

HDPE (PEAD), polietileno linear, polietileno de alta densidade, polieti-leno de baixa pressão.

LDPE (PEBD), polietileno ramificado, polietileno de baixa densidade,polietileno de alta pressão.

UHMWPE (PEUAPM), polietileno de ultra-alto peso molecular, polieti-leno de altíssimo peso molecular.

Monômero:H.x /H

H' " NH Polímero: _

etileno

H Hl i

-c-cl il H H Jn

HDPE — Peso molecular, 200.000Densidade, 0,94-0,97índice de refração, 1,54Tm, 130-135°C; Tg, - 100 125°CCristalinidade, até 95%Termoplástico, branco, opaco.

LDPE — Peso molecular, 50.000Densidade, 0,92-0,94índice de refração, 1,51-1,52Tm, 109-125°C; Tg, - 20 - - 30°CCristalinidade, até 60%Termoplástico, branco, translúcido a opaco.

UHMWPE — Peso molecular, 3.000.000-6.000.000Densidade, 0,93-0,94Tm, 135°C; Tg, - 100 - - 125°CCristalinidade, 45%Termoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:

Alta resistência química e a solventes; menor custo. No UHMWPE, altaresistência ao desgaste, baixo coeficiente de fricção, fisiologicamente inerte.

Aplicações típicas:

HDPE — Contentores, bombonas, fitas para lacre de embalagens,material hospitalar.

LDPE — Recipientes para embalagem de produtos alimentícios,farmacêuticos e químicos; filmes para embalagem em ge-ral; utensílios domésticos, brinquedos, lençóis para usosagrícolas.

POLÍMEROS COMÍ > M ATIiRl AIS DE ENGENHARIA 67

UHMWPE — Placas de revestimento de máquinas para a indústria «dealimentos e de mineração; componentes de bombas paralíquidos corrosivos; engrenagens; revestimento de pistas episos para esporte e linhas de montagem de automóveis;em medicina, como implantes, ossos artificiais; cepos paracorte de carne.

Produtos mais conhecidos:

Tipo

HDPE

LDPE

UHMWPE

Nome comercial

AlathonDowlexEltexEltexFortiflexGrexHi-FaxHostalenMarlexNovatecPetrothenePolisulRexeneSumikatheneSuper DylonVestolenYukalon

AlathonEvatateNateneNorchem NPEPetrothenePetrothenePolitenoSuprelUltratheneDyndHostalen Gur1900 UHMWPESunfineUtec

Fabricante

DupontDowSoltexSolvay*SoltexAlliedHerculesHoechstPhilipsPolialden*USIPolisul*El PasoSumitomoArcoHuelsMitsubishi

DuPontSumitomoRhóne-PoulencEnronUSIPoliolefinas*Politeno*AlliedUSIUnion Carbide*

HoechstHimontAshaiPolialden*

" No Brasil.

Copolímeros industriais do etileno:— Copolímeros de etileno e acetato de vinila (EVA).

68 ELOISA BIASOTTO MANO

Quadro 9. Polipropileno

Abreviação: PP

Outra denominação: Polipropeno.

H\CH3Monômero: c- c Polímero: _

*' XH

Hi

— ciH

propileno '•

ÇH3

-C 11H

Jn

l '( M . l M K K O S ( ! ( ) M ( ) M AT1ÍKI AIS Dlí E N G E N H A R I A

Quadro 10. Poliestireno

Abreviação: PS

69

Características do polímero:

Peso molecular, 80.000-500.000Densidade, 0,90índice de refração, 1,49Tm, 165-175°C; Tg, 4-12°CCristalinidade, 60-70%Termoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:

Alta resistência química e a solventes; menor custo.

Aplicações típicas:

Parachoques de carros; carcaças de eletrodomésticos; recipientes; fitas pa-ra lacre de embalagens; brinquedos; sacaria; carpetes; tubos para carga decaneta esferográfica; bocal de pistolas para aplicação de aerossóis; materialhospitalar, seringas de injeção descartáveis.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

BapoleneBicorBris-FaxMarlexMoplenMWBNoblenNorchem NPPNovolen

Fabricante

BambergerMobilPPH*PhilipsSumitomoHerculesSumitomoEnronBASF

Nome comercial

OlemerOppalytePro-FaxProlenPropafilmPropatheneRexeneSBVestolen AP

Fabricante

AmocoMobilHimontPolibrasil*ICIICIEl PasoHerculesHuels

No Brasil.

Monômero:HV-c/H

"' 7p\:

estireno

n 1(Ô)

Jn

Características do polímero:

Peso molecular, 300.000Densidade, 1,05-1,06índice de refração, 1,59Tm ,235°C; Tg, 100°CCristalinidade, muito baixaTermoplástico, incolor, transparente.

Propriedades marcantes:Rigidez; semelhança ao vidro; alta resistência química; baixa resistência asolventes orgânicos; baixa resistência às intempéries; menor custo.

Aplicações típicas:Utensílios domésticos rígidos, transparentes ou não, de uso generalizado;brinquedos; escovas; embalagens rígidas para cosméticos. Sob a forma ce-lular, no isolamento ao frio, na embalagem de equipamentos, em pran-chas flutuadoras.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

DyleneEDNEsbriteLustrexLustrexNAS

Fabricante

ArcoEDN*SumitomoMonsantoMonsanto do Brasil*Richardson

Nome comercial

PolystyrolPlystyrolProquigelStyronSuperflo

Fabricante

BASFBASF do Brasil*Proquigel*DowHammond

* No Brasil.

Copolímeros industriais do estireno:— Copolímeros de estireno e butadieno (HIPS)— Copolímero de estireno e acrilonitrila (SAN)— Copolímero de estireno, acrilonitrila e butadieno (ABS)— Copolímero de estireno, butadieno e metacrilato de media (MBS)— Copolímero de estireno, butadieno, acrilonitrila e acrilato de alquila

(ASA).

70M i ' i Y \l v. MANO

Quadro 11 - Poli(cloreto de vinila)

Abreviação: PVC

Outra denominação: Plástico vinílico.

MonômeroHN XH

HxC = CNC| Polímero: —

cloreto de vinila

H-C-

H

HC-1Cl

^B

n

Peso molecular, 50.000-100.000Densidade, 1,39índice de refração, 1,53-1,56Tm, 273°C; Tg, 81°CCristalinidade, 5-15%Termoplástico, incolor, transparente.

Propriedades marcantes:

Alta resistência à chama; formação de peças tanto rígidas quanto muitoflexíveis, com plastificante; semelhança a couro; menor custo.

Aplicações típicas:

Forração de poltronas e de estofamentos de automóveis; separadores debateria; revestimento de fios e cabos elétricos; tubos rígidos para água eesgoto; tubos flexíveis para água; esquadrias para janelas; embalagens rí-gidas e transparentes para bebidas e alimentos; toalhas de mesa; cortinasde chuveiro; bolsas e roupas de couro artificial; passadeiras; pisos; cartei-ras transparentes para identificação; bolsas; bonecas; sapatos.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

BrasivilDacovinGeonKrystaltiteNorvicOxyblendPliovicReynolon

Fabricante

Brasivil*Diamond ShamrockGoodrichAlliedC. P. Camaçari*OccidentalGoodyearReynolds

Nome comercial

RucoblendRucodurRuconSolvicSta-FlowStaufenVestolitVinoflex

Fabricante

OccidentalSolvay do Brasil*AirICIHuelsBASF

Copolímeros industriais do cloreto de vinila:— Copolímero de vinila e acetato de vinila.

POLÍMEROS COMO MATliRIAIS DE ENGENHARIA

Quadro 12. Poli(acetato de vinila)

Abreviação: PVAC

Outras denominações: PVAc, PVA.

71

Polímero:Monômero:

C=C

"' X0-C-CH,

acetato de vinila

l lH 0-C-CH,

Características do polímero:Peso molecular, 5.000-500.000Densidade, 1,18índice de refraçãp, 1,46-1,47T . f JQOC

m.' .' .S' .Cristalinidade, muito baixa.Termoplástico, incolor, transparente.

Propriedades marcantes:Adesividade.

Aplicações típicas:Tintas de parede, adesivos para papel, adesivos fundidos ("hot melt").

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

DaratakElvacetGelvaMowilithRhodopasVinacVinamul

Fabricante

GraceEletrocloro*MonsantoHoechstRhodia*AirUnilever

• No Brasil.

72 ELOISABIASOTTOMANO

Quadro 13- Poliacrilonitrila

Abreviação: PAN

Outras denominações: Fibra acrílica (acima de 85% de acrilonitrila), fibra mo-dacrílica (acrílica modificada contendo abaixo de 85%de acrilonitrila).

HN ,HC = C

Monomero: „/ \=n Polímero: —

acrilonitrila

H1

^C-1H

H1C1CE N

n

Características do polímero:

Peso molecular, 50.000-100.000Densidade, 1,18índice de refração, 1,51-1,52Tm, 317°C; Tg, 105°CCristalinidade, baixa; parcialmente cristalino após estiramentoTermoplástico, amarelado, transparente.

Propriedades marcantes:

Alta resistência a solventes, alta resistência à tração após estiramento, bai-xa estabilidade térmica.

Aplicações típicas:Fibras têxteis macias e leves como a lã; precursor para a fabricação de fi-bras de carbono.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AcribelAcrilanBeslanCashmilonCourtelleCreslanCrylorDolan

Fabricante

UCBMonsantoTohoHissa ArgentinaCourtauldsCyanamidRhodia'Suddeutsche

Chemiefaser

Nome comercial

DralonLeacrilNitron

OrionSoltanTakrylVonnelZefran

Fabricante

BayerApplicazioni ChimicheChimiekombinat

SavatowDuPontSoltexStockholms-SuperfosfatMitsubishiDow-Badische

* No Brasil.

POI.IMF.ROS COMI) MATERIAIS DE ENGENHARIA 73

Quadro 14. Poli(cloreto de vinilideno)

Abreviação: PVDC

C = C Polímero:Monomero: / \ \\o de vinilideno

H Cll lC - C -

H Cln

Características do polímero:Geralmente copolímero com cloreto de vinilaPeso molecular, 20.000-200.000Densidade, 1,67-1,71índice de refração, 1,60-1,63Tm, 210°C;Tg,- 17-- 18°CCristalinidade, muito altaTermoplástico, incolor, translúcido a transparente.

Propriedades marcantes:Excelente impermeabilidade a gases e vapores, inclusive aromas; granderesistência química e baixa inflamabilidade.

Aplicações típicas:Filmes para embalagem de alimentos.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

Saran

Fabricante

Dow

74ELOISABIASOTTOMANO

Quadro 15. Poli(metacrilato de metila)

Abreviação: PMMA

Outra denominação: Plástico acrílico.

Hx ,««!Monômero: f v Polímero: —

H C-O-CH,II 3

metacrilato de metila

» •

H CH31 1 "

1 1M C-O-CH,

II 30

b » n

Características do polímero:Peso molecular, 500.000-1.000.000Densidade, 1,18índice de refração, 1,49Tm, 160°C; Tg, 105°CCristalinidade, muito baixaTermoplástico, incolor, transparente.

Propriedades marcantes:

Semelhança ao vidro, boa resistência química, alta resistência às intempé-ries, resistência ao impacto, transparência, capacidade de refletir a luz.

Aplicações típicas:

Placas de sinalização de tráfego em estradas, calotas e janelas de aviões,lanternas de carros, protetores de chuva em janelas de carros, letreiros decasas comerciais, redomas de instrumentos, luminárias, placas transparen-tes para tetos, lentes de grandes dimensões para retroprojetores, decora-ções de vitrines de lojas comerciais, painéis, fibras éticas.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AcrigelAcryliteAcryloidAcrysteelDiaconImplex

Fabricante

C. P. Bahia*CyroRohm & Haas*AristechICIRohm & Haas

Nome comercial

LucitePerspexPlexiglasResacrilSurnipex

Fabricante

DuPontICIRohm & HaasResana*Sumitomo*

No Brasil.

POLÍMEROS COMO MATKRIAIS DE ENGENHARIA 75

Quadro 16. Resina de fenol-formaldeído

Abreviação: PR

Outras denominações: Resina fenólica, fórmica, baquelite.

Monômeros:

OII

aldeídofórmico

Características do polímero:Peso molecular, imensurável (insolúvel)Densidade, 1,36-1,46 (com carga celulósica)Termorrígido, acastanhado, opaco.

Propriedades marcantes:Alta resistência mecânica e térmica, boa resistência química; estabilidadedimensional. Coloração limitada. Menor custo.

Aplicações típicas:Engrenagens; pastilhas de freio, componentes do sistema de transmissãode carros; compensado naval; peças elétricas moldadas; laminados pararevestimento de mesas, balcões, divisórias, portas; tampas de rosca resis-tentes.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AlphasetAmberlacAmberliteBakeliteBakeliteBeckaciteBeckaciteBeckophenBetaset

Fabricante

Alba*Resana*Rohm & HaasBakelitUnion Carbide*Resana*ReichholdReichholdAlba*

Nome comercialCacodurCascophenCeleronFórmicaFormiplacResamiteResaphenThor

Fabricante

Alba*Alba*Q.I. Laminados*Fórmica*Q.I. Laminados*Resana*Resana*Alba'

No Brasil.

76 ELOISA HIASOTO MANO

Quadro 17. Resina de uréia-formaldcído

Abreviação: UR

Outras denominações: Resina ureica, resina aminada.

Monômeros

Polímero(reticulado)

8H2NX NNH2

ureia

1C=0

0IIH'S

aldeído fórmico

!c=o

•NAr-N-CHj-N-CHj-N-CH2-N-CHj-l|l ~-

C=0 C=| 1

o c=o

«WVA-N-CMj-N-CHj-N-CHj-N-CHj-N-v-k/»

C=0 C=0

» íCaracterísticas do polímero:

Peso molecular, imensurável (insolúvel)Densidade, 1,50 (com carga celulósica)Termorrígido, branco, opaco.

Propriedades marcantes:Boa resistência mecânica e térmica, boa resistência química, dureza;menor custo.

Aplicações típicas:Chapas de compensado para móveis, divisórias; acabamento de tecidos;vernizes para revestimento de soalho; adesivos para madeira; moldadosduros e resistentes à compressão e ao impacto.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercialBeetleCascamite UFPollopasPollopasSinteko

FabricanteA. CyanamidAlba*KuhlmannAmbalite*Madepan*

No Brasil.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 77

Quadro 18. Resina de melamina-formaldeído

Abreviação: MR

Outras denominações: Resina melamínica, resina aminada.

MonômerosPolímero(reticulado)

\-

H/ H

melamina

aldeídofórmico

/

Características do polímero (reticulado):Peso molecular, imensurável (insolúvel)Densidade, 1,50Termorrígido, branco, opaco.

Propriedades marcantes:Alta resistência mecânica, térmica e química; boa estabilidade dimensio-nal; elevada dureza, boa resistência ao risco e à abrasão.

Aplicações típicas:Peças moldadas duras e resistentes ao risco e ao impacto, em substituiçãoà louça; camada decorativa dos laminados fenólicos; vernizes, adesivos.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

CymelMelchrome

Fabricante

A. Cyanamid

78 ELOISABIASOTTOMANO

Quadro 19. Resina cpoxídica

Abreviação: ER

Outras denominações: Resina oxirânica, epoxi.

MonômerosH,C-VCH-CHj-CI

epicloridrina 4,4' -difenilol-propano

Polímero

Características do polímero (reticulado):

Peso molecular, imensurável (insolúvel)Densidade, 1,15-1,20Termorrígido, amarelado, translúcido.

Propriedades marcantes:

Adesividade, resistência à abrasão, baixa contração após cura.

Aplicações típicas:Compósitos com fibra de vidro, de carbono ou de poliam ida aromática,para a indústria aeronáutica; componentes de equipamentos elétricos; cir-cuitos impressos; encapsulamento de componentes eletrônicos; revesti-mento de superfícies; adesivos para metal, cerâmica, vidro; moldes e ma-trizes para ferramentas industriais, manequins de bocas e ossaturas .

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AralditeAracastDENDERDurepoxi

Fabricante

CIBA-Geigy*CIBA-GeigyDowDowCIBA-Geigy'

Nome comercial

EpikoteEpi-RezEponEpotufEpoxylite

Fabricante

CIBA-GeigyInter-RezShellReichholdCIBA-Geigy

* No Brasil.

l ' ( I I I M I Kl )S ( : < ) M < ) M A I T K I AIS l )!• I ' N C . I Í N H A R I A 79

Quadro 20. Poli(ftalato-maleato de propileno) estirenizado

Abreviação: PPPM

Outras denominações: Poliéster insaturado; quando reforçado com fibra devidro, GRP ("glass reinforced polyester") ou FRP("fíberglass reinforced polyester").

MonômerosHO-CHj-CH-OH

anidrido itálico anidrido maleico glicol propilênico

Polímero(reticulado)

Características do polímero* :

Peso molecular, imensurável (reticulado)Densidade, 1,25Termorrígido, amarelado, translúcido.

Propriedades marcantes:Resistência a intempéries. Em compósitos com fibra de vidro, grande faci-lidade de processamento, na moldagem de peças de pequenas ou grandesdimensões.

Aplicações típicas:Cascos de barco, carrocerias de carro esportivo, luminárias decorativas, te-lhas corrugadas, tanques, piscinas, móveis; silos, tubos para esgoto indus-trial, painéis, bandejas.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AlpolitCrysticPolylite

Fabricante

Hoechst do Brasil"Alba**Resana**

Nome comercial

ResapolTecgel

Fabricante

Resana**Tecglás**

Outros monôrneros, especialmente o glicol etilênico, são também em-pregados, conforme a aplicação.No Brasil.

80 ELOISA BIASOTOMANO

Quadro 21. Poliuretanos

Abreviação: PU

Outras denominações: PUR, TPU.

Monômero"0=C=N-R-N=C=0

diisocianato

HO-R-OH

diol

O H H Oil l ' uC-N-R-N-S-0-R'-0

t

oVKoPolímero*'

ÇH3

-CHj-CHj-O-t -t-CHj-CH-O-t

-CHj-CHj- -CH2-CH-

* Dióis do tipo éster são também usados.** Conforme a funcionalidade dos monômeros e o emprego, ou não, de

agentes de cura, o polímero poderá ser termoplástico ou termorrígido.

Características do polímero:

Peso molecular, variávelDensidade, 1,20-1,30; quando celular, até 0,01Termoplástico, ou termorrígido, amarelado, translúcido.

Propriedades marcantes:

Excepcional resistência à abrasão. Facilidade de fabricação de peças degrandes dimensões e formas; menor custo de processamento.

Aplicações típicas:

Como termoplástico, em gachetas; diafragmas; peças flexíveis e resisten-tes à abrasão, para uso em mineração, como peneiras, conexões, anéis devedação; juntas para trilho: parachoques de carro; correias transportado-ras; solados e saltos de calçado; rodas de "skate"'; vernizes para carro, mó-veis e soalho; fibras. Como espumas flexíveis, para estofamento de móveise veículos; estrutura de bolsas; confecção de roupas; revestimento detapetes; painéis de proteção contra choques. Como espumas rígidas ousemi-rígidas, em moldura de quadros e espelhos; parte decorativa demóveis.

POLÍMEROS COMO M A T I - R I A I S I)K KNGENHARIA 81

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

AdipreneBaybond XWBiothaneConathane / ConacureDuropreneEstaneImpranilLamalLexorezLycraQ-ThaneResavurTuftaneUraliteVorite/PolycinVulkolane

Fabricante

DuPontMobayCaschemConapCofade*GoodrichBayerMortonInolexDuPontKJ. QuinnResana*LordHexcelCaschemKJ. Quinn

* No Brasil.

Quadro 22. Produção de polímeros sintéticos no Brasil*

Polímero

TermoplásticosTermorrígidosFibrasElastômeros

Total

Produção no Brasil(ton/ano)

2.000.000400.000300.000300.000

3.000.000

* Em 1988.

Quadro 23. Consumo mundial per capita de termoplásticos*

País

EUAEuropaJapãoBrasil

Consumo anual(kg/habitante)

60444310

Em 1987.

82ELOISA BIASOTTO MANO

2 .1 .1 . Plásticos de engenharia de uso geral

Os plásticos de engenharia de uso geral são conhecidos há al-gum tempo; alguns já são produzidos em larga escala há mais de20 anos. O primeiro desses materiais, anunciado pela DuPont em1958, foi o poliacetal, ou polioximetileno, cujas características ex-cepcionais para certas aplicações até hoje não foram superadas.

Os plásticos de engenharia apresentam módulo elástico elevadoa temperaturas relativamente altas, com ampla oportunidade desubstituição dos materiais tradicionais, pelos seguintes motivos:peso reduzido, comparado a cerâmicas e metais; facilidade de fa-bricação e processamento; eliminação de tratamento anti-corrosi-vo; alta resistência ao impacto; bom isolamento elétrico; menorcusto energético de fabricação e transformação; e custo de acaba-mento reduzido.

Os principais plásticos de engenharia de uso geral estão descri-tos em Quadros que contêm sua abreviação como sigla e outras de-nominações comuns, as fórmulas dos monômeros e dos polímeros,as características do material, as suas propriedades mais marcantes,as aplicações típicas, os nomes comerciais e os fabricantes dos pro-dutos mais conhecidos. São eles: poli(óxido de metileno) (Quadro24), poli(tereftalato de etileno) (Quadro 25), poli(tereftalato debutileno) (Quadro 26), policarbonato (Quadro 27), poliamidasalifáticas (Quadro 28), poli(óxido de fenileno) (Quadro 29),poli(fluoreto de vinilideno) (Quadro 30), e poli(tetraflúor-etile-no) (Quadro 31).

Nesses polímeros, é possível observar a relação que existe entre asua estrutura química e as propriedades apresentadas. Assim, to-dos os plásticos de engenharia são termoplásticos, isto é, são polí-meros não-reticulados cuja fusibilidade permite um fácil processa-mento. Todos apresentam uma boa resistência mecânica, com mó-dulo alto — quer dizer, são rígidos à temperatura ambiente e suaestrutura permite ordenação interna, que se reflete na cristalinida-de e consequentemente, no reforço das propriedades mecânicas eresistência a reagentes químicos e solventes. Também a ausênciade insaturação olefínica nesses polímeros traz características de re-sistência à oxidação e a intempéries, que são importantes em apli-cações de engenharia.

1 'OI IMI -KOSC OMOMAI IK I .MMH l N t . lN I IAK IA 83

Quadro 24. Poli(óxido de metileno)

Abreviação: POM

Outras denominações: Polioximetileno, poliformaldeído, poliacetal.

Monômero:

0II

*C Polímero:H H

aldeído fórmico

-C-01H

L Jn

Características do polímero:

Peso molecular, 15.000-30.000Densidade, 1,42Tm, 180°C; Tg, 82°CCristalinidade, 75%Termoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:

Excelente estabilidade dimensional, com alguma resiliência; baixa absor-ção de água; resistência à fricção e à abrasão, a reagentes e a solventes; altaresistência à fadiga. Pouca estabilidade térmica e dificuldade de processa-mento melhoradas por copolimerização. É um dos 3 plásticos de enge-nharia mais importantes (os demais são: PA e PC).

Aplicações típicas:

Partes de peças industriais para usos mecânicos; na indústria automobilís-tica, cintos de segurança, engrenagens, mecanismos de elevadores de ja-nelas de carro; componentes de torneiras, fechaduras, válvulas; molas;bombas; carcaça de chuveiros elétricos; zípers; válvulas de aerossol; com-ponentes elétricos e eletrônicos; componentes de equipamentos de escri-tório, como computadores e terminais de vídeo, e de eletrodomésticos emgeral.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

CelconDelrinDuraconHostaformUltraformUpitalTenac

Fabricante

Hoechst-CelaneseDuPontPolyplasticsHoechst-CelaneseBASFMitsubishiAsahi

84 ELOISAHIASOTTOMANO

Quadro 25. Poli(tereftalato de etileno)

Abreviação: PET

Outras denominações: PETP, poliéster saturado, RPET (reforçado).

Monômeros

Polímero

H H r AHO-C-C-OH H3C-0-C-/(^) VC-O-CHj

A Ã n \~-sj oglicol etilênico

tereftalato de dimetila

MMH

i i

O f~ ~~\ H HM //*""\ ' 1

-0-C-/ ( ) V-C-0-C-C-

\*2_/ A H. * n

Características do polímero:Peso molecular, 15.000-42.000Densidade, 1,33-1,45índice de refração, 1,65-1,66Tm, 250-270°C; T , 70-74°CCristalinidade, ate 40%Termoplástico, branco, transparente a opaco.

Propriedades marcantes:Resistência mecânica, térmica e química, possibilidade de se apresentarno estado amorfo (transparente), parcialmente cristalino e orientado(translúcido) e altamente cristalino (opaco).

Aplicações típicas:Suporte de filme metálico para estampagem em plásticos, fitas magnéti-cas para gravação; mantas para filtros industriais; embalagem de alimen-tos, cosméticos e produtos farmacêuticos; filmes e placas para radiografia,fotografia e reprografia, impermeabilização de superfícies; frascos para re-frigerantes gaseificados; fibras têxteis; na indústria automobilística, empartes estruturais grandes, carcaças de bomba, carburadores, limpadoresde parabrisa; componentes elétricos; interior de fornos de micro-ondas;em compósitos com fibra de vidro, componentes de móveis de escritório.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 85

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

ACEArniteAvlinBeetle PEPBidimCleartufCrastineDacronEncronFortrclHostafanImpetKodapak PETLumirrorMalonMelinexMylarPetlonPetraPocanRyniteTechsterTechsterTenite PETTergalTerphaneTerphaneTetoronThermofilTreviraValoxVestodur

Fabricante

AlliedSchulmanAvtexBibRhodia*GoodyearCIBADuPontEnkaCelaneseHoechstHoechst-CelancseEastman KodakTorayM.A.icrDuPontMobayAlliedBayerDuPontRhodia*Rhône-PoulencEastmanICIRhône-PoulencRhodia*TeijinTetrafilHoechstGEHuels

* No Brasil.

86 ELOISAHIASOTTOMANO

Quadro 26. Poli(tereftalato de butilcno)

Abreviação: PBT

Outras denominações: RPBT, PBT reforçado.

Monômeros

Polímero

glicol butilênico tereftalato de dimetila

Características do polímero:Peso molecular, 25.000-40.000Densidade, 1,31índice de refração, —Tm, 220°C;Tg, 50°CCristalinidade, altaTermoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:

Boa resistência mecânica, térmica e química; boa estabilidade dimensio-nal; boas propriedades de isolamento elétrico; baixa absorção de água.

Aplicações típicas:

Na indústria automobilística, em componentes para partes externas comogrades, para-lamas, calotas e componentes para portas, janelas e espelhos.Na indústria eletro-eletrônica, como relês, estojos de fusível. Na indústriade telecomunicações, como componentes para telefone, caixas para jun-ção. Em eletrodomésticos, como cabos de ferro elétrico, partes laterais emtorradeiras, estojos de secador de cabelo, cafeteiras elétricas, carcaças demáquina; cortadores de grama; engrenagens de bicicleta.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

ArniteCelanexCrastineDurancxGrafitePanlite

Fabricante

AkzoCelaneseGIBAPolyplasticsGAFTeijin

Nome comercial

PibiterPocanTechsterUltradurValoxVestodur

Fabricante

MontepolimeriMobayRhodia*BASFGEHuels

No Brasil.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 87

Quadro 27. Policarbonato

Abreviação: PC

Monômeros

Polímero

.Cl t y c«, / y

"<o>L;\ohfosgênio 4,4'-difenilol-propano

"<ãM^hjn

Características do polímero:Peso molecular, 10.000-30.000Densidade, 1,20índice de refração, 1,59Tm, 268°C; Tg, 150°CCristalinidade, muito baixaTermoplástico, incolor, transparente.

Propriedades marcantes do polímero:Semelhança ao vidro, porém altamente resistente ao impacto; boa estabi-lidade dimensional; boas propriedades elétricas; boa resistência ao escoa-mento sob carga e às intempéries; resistente à chama. É um dos 3 plásticosde engenharia mais importantes (os demais são: PA e POM).

Aplicações típicas:Placas resistentes ao impacto, janelas de segurança, escudos de proteção,painéis de instrumentos, lanternas de carros, partes do interior de aerona-ves, cabines de proteção, capacetes de proteção de motociclistas; compo-nentes elétricos e eletrônicos, discos compactos, conectores, lumináriaspara uso exterior, recipientes para uso em fornos de micro-ondas; tubosde centrífuga para sistemas aquosos, anúncios em estradas, artigos espor-tivos; aplicações em material de cozinha e de refeitórios, como bandejas,jarros dágua, talheres, mamadeiras; aplicações médicas em dialisadoresrenais. Em misturas poliméricas, com ABS, PET, PBT ou TPE, em para-choques e outras peças externas para carros (Quadros 40 e 41).

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

CalibreDurolonIdemitsu PClupilonLexan

Fabricante

DowPolicarbonatos*IdemitsuMitsubishiGE

Nome comercial

MakrolonMerlonNovaraxTuffak

Fabricante

BayerMobayMitsubishiRohm & Haas

No Brasil.

88 ELOISABIASOTOMANO POLÍMEROS COMO MATERIAIS ra ENGENHARIA 89

Quadro 28. Poliamidas alifáticas

Abreviação: PA-6, PA-6,6

Outras denominações: Nylon, Náilon-6, policaprolactama, Náilon-6,6.

Poliamida-6

Poliamida-6,6

Monômero: o£-caprolactama

Polímero:H / \2) H . _

Monômeros:ácido

adípico hexametilenodiamina

Polímero:

Aplicações típicas:Na indústria de transportes, em engrenagens para limpador de parabri-sas, velocímetros, ventiladores para motor, reservatórios de fluidos parafreio, estojos de espelho, componentes mecânicos de aparelhos domésti-cos, cabos de martelo, partes móveis de máquinas; em conectores elétri-cos; como filmes, para embalagem de alimentos; malhas para meias eroupas; equipamentos para processamento de alimentos e de tecidos; es-covas; fios de pescar; material esportivo como raquetes, bases de esqui,rodas de bicicleta.

Produtos mais conhecidos:

Características do polímero:

PA-6 : Peso molecular, 10.000-30.000Densidade, 1,12-1,14índice de refração, 1,54Tm, 215-220°C;T,, 50°CCristalinidade, ate 60%Termoplástico, amarelado e translúcido.

PA-6,6 : Peso molecular, 10.000-20.000Densidade, 1,13-1,15índice de refração, 1,54Tm, 250-260°C; T,, 50°CCristalinidade, ate 60%Termoplástico, amarelado e translúcido.

Propriedades marcantes dos polímeros:

Resistência mecânica, à fadiga, a impacto repetido e à abrasão, baixo coe-ficiente de fricção, resistência a escoamento sob carga, boa resistência quí-mica e a solventes não ácidos, alta absorção de umidade. É um dos 3 plás-ticos de engenharia mais importantes (os demais são: POM e PC).

Tipo

PA-6

PA-6,6

Nome comercial

AkulonAkulonAmilanCRICapranCapronDurethanGrilamidGrilonNovamidNycoaNytronPlaskonOrgamidSniamidUbeUltramid

AkulonCelaneseLconaMaranylMinlonTcchnylTechnylUltramidVydyneZytel

Fabricante

AkzoSchulmanTorayBemisAlliedAlliedBayerMazzaferro*EmserMitsubishiNylon CorporationNitrocarbono*AlliedATOTechnopolimeriUbeBASF

SchulmanCelaneseAsahiICIDuPontRhône-PoulencRodhia*BASFMonsantoDuPont

* No Brasil.

Outras poliamidas alifáticas de uso especial:

Poliamida-11, Poliamida-12, Poliamida 6,10.

90 ELOISA BIASOTTO MANO

Quadro 29. Poli(óxido de fenileno)

Abreviação: PPO

Outras denominações: Polixilenol, poli(oxifenileno), poli(Oxi-2,6-dimetil-1,4-fenileno).

Monômero: Polímero:

2,6-dimetil-fenol

Características do polímero:Peso molecular, 25.000-60.000Densidade, 1,06índice de refração, —Tm, 257°C; Tg, 210°CCristalinidade, até 50%Termoplástico, âmbar, transparente a opaco.

Propriedades marcantes:Muito baixo coeficiente de expansão térmica, alta resistência mecânica etérmica, prolongada retenção das propriedades mecânicas em ambientesaquecidos; resistência a bases e ácidos, porém atacado por hidrocarbone-tos aromáticos e halogenados. Em mistura com PS ou PA, boa processabi-lidade.

Aplicações típicas:

Geralmente modificado com poliestireno e poliamidas. Pás de bomba,filtros de máquina de lavar, carcaças de desumidificador; como substi-tuintes de placas metálicas, em chassis e outras partes internas de carros,como painéis de instrumento, encosto de banco, e externas, como para-choques, calotas; cabeçotes de chuveiro elétrico, enroladores de cabelo,passadeiras a vapor para roupas; em equipamentos de telecomunicações;em recipientes para fornos de micro-ondas.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

PPO

Fabricante

GE

OBS.: Misturas comerciais de PPO e outros polímeros se encontram nos Quadros 40 e41.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 91

Quadro 30. Poli(fluoreto de vinilideno)

Abreviação: PVDF

Monômero:H\ = C

H'

fluoreto de

/FN Polímero:

vinilideno

H

- C

H

F1

-C-1F

•

— ™««»

n

Características do polímero:} Peso molecular, 500.000-1.200.000r Densidade, 1,75-1,80| índice de refração, 1,42l Tm, 160-200°C; Tg, - 40°C

Cristalinidade, 68%Termoplástico, incolor, translúcido a opaco.

Propriedades marcantes:Piezoeletricidade, grande resistência à tração, ao desgaste, ao impacto, aoescoamento sob carga, a produtos químicos corrosivos e às intempéries.

Aplicações típicas:Transdutores mecano-elétricos; isolamento de fios usados em computado-res e na indústria aeronáutica; luvas termo-contráteis para indústrias ele-trônica, aeronáutica e aeroespacial; na indústria química, para embala-gem de produtos químicos corrosivos, em diafragma de válvulas, em tu-bulações, bombas, dutos; em vernizes e tintas de alta durabilidade a in-tempéries, para metais.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

FloraflonKynarNeoflonSolef

Fabricante

AtochemPennwaltDaikinSolvay

92 ELOISA H I A S O I T O M A N O

Quadro 31. Poli(tetraflúor-etileno)

Abreviação: PTFE

FN /FMonômero: xC=c\ Polímero: _

F F

tetraflúor-etileno

• «

F F

-H-F F

_>_

n

Características do polímero:

Peso molecular, 500.000-5.000.00Densidade, 2,13-2,20Tm, 327°C; Tg, 127°CCristalinidade, 95%Termoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:

Excepcional resistência a solventes e reagentes químicos; elevada resistên-cia térmica; muito baixo coeficiente de fricção; baixa adereência; boaspropriedades mecânicas, mesmo a temperaturas muito baixas.

Aplicações típicas:Revestimentos antiaderentes em panelas e equipamentos para a indústriade alimentos; anéis de pistão de máquinas; suportes; selos mecânicos; fi-tas de vedação; gaxetas; torneiras; sedes de válvulas.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

FluonHalonHostaílonPolyflonTeflon

Fabricante

ICIAlliedHoechst-CelaneseDaikinDuPont

1 ' i i l l M I K i i s i O M K M A I I U I A I S D I I . N < , i : N M A K I A 93

Esses plásticos tradicionais de engenharia podem ser listados,em ordem decrescente de consumo mundial, da seguinte forma:poliamidas; poliacetal; policarbonato; poli(óxido de fenileno);poli(tereftalato de etileno); e poli(tereftalato de butileno).

2.1.2. Plásticos de engenharia de uso especial

No final da década de 70, começaram a surgir os plásticos de en-genharia de uso especial, ou plásticos de alto desempenho, cujasestruturas foram planejadas de modo a apresentar, em grau super-lativo, as propriedades dos plásticos de engenharia de uso geral,além de algumas características adicionais, de grande importânciatecnológica. Desses plásticos, os mais importantes, já industriali-zados, estão apresentados em Quadros, contendo informações so-bre sua denominação, estrutura química, principais características,propriedades mais relevantes, aplicações mais visadas, nomes co-merciais mais conhecidos e empresas produtoras. São eles: poliari-latos (Quadro 32), poliésteres líquido-cristalinos (Quadro 33), po-liamidas aromáticas (Quadro 34), poli-imidas (Quadro 35), poli-cetonas (Quadro 36), poli-sulfonas (Quadro 37) e poli(sulfeto defenileno) (Quadro 38).

Correlacionando a estrutura molecular desses plásticos com oseu conjunto de características especiais, pode-se observar que, emtodos os casos, apresentam:

• Termoplasticidade

De fato, todas as estruturas são lineares, não reticuladas, e, por-tanto, os produtos são suscetíveis de moldagem pelos processosusuais da indústria de materiais plásticos.

• Grande resistência mecânica

A alta rigidez, o elevado módulo, a notável resistência tênsil, ea grande dureza desses materiais, ao lado da sua deformação portração ou compressão muito pequena, decorrem da estrutura aro-mática pouco flexível. Todas as cadeias macromoleculares são for-madas por anéis aromáticos ligados por um ou dois átomos em

94 ELOISA BIAS . M A N O

Quadro 32. Poliarilatos

Abreviação: PAR

Monômeros:

Polímero:

v°H v°H

(O) tô).c-°H Ho-/oV?^o}-OH<yto» ácido isoftãlico 4,4'-difenilol-propano

ácido tcrcftãlico

"

/ \/ /^~N \/ / ~\_ / ~\-

O 3

n (Durei)

Características do polímero:Peso molecular, 10.000Densidade, 1,21índice de refração, 1,61Tm,-;Tg188°CCristalinidade, muito baixaTermoplástico, amarelado, transparente.

Propriedades marcantes:Transparência, resistência térmica, auto-retardamento de chama; baixacontração no molde, sem empenamento; boa estabilidade dimensio-nal; baixa absorção de água; alta resistência à oxidação e às radiações ul-travioleta; alta resistência mecânica mesmo a temperaturas elevadas; altaresistência ao impacto; alta temperatura de processamento (305°C): exce-lentes propriedades dielétricas.

Aplicações típicas:

Na indústria automobilística, como bases de farol, de lanterna e de espe-lho, maçanetas de porta, colchetes de pressão, lentes para farol e sinal detrânsito; capacetes e escudos contra fogo. Na indústria eletro-eletrônica,como revestimentos de fusível, caixas para relê, bobinas. Painéis transpa-rentes para teto em construções; luminárias e globos de iluminação derua.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

ArdeiArylonBexloy MDurei

Fabricante

AmocoDuPontDuPontHoechst-Celanese

l'OI.IMI-:i«>S(.(>M<> MAThKlAIS !)!• IÍNCÍHNHARIA 95

Quadro 33. Poliésteres líquido-cristalinos

Abreviação: LCP

Outras denominações: Polímeros termo trópicos, poliésteres termotrópicos.

Monômeros

ácido p-hidroxi-benzóico ácido teraftálico

HO

ácido2,6-naftaleno-dicarboxílico

ácido 6-hidroxi-2-naftaleno-carboxílico

4,4'-di-hidroxi-bifenila 2,6-di-hidroxi-naftaleno

Polímero

m

' ^^s ^oTo. n

(Vectra)

96 lil.OISA HIASOTTO MANO

Características do polímero:

Peso molecular, 25.000-60.000Densidade, 1,40Tm, 280°C;Tg ,-Cristalinidade muito alta, mesmo fundido (termotrópico)Termoplástico, amarelado, opaco.

Propriedades marcantes:

Resistência ao calor, uso contínuo a temperaturas até 200°C; auto-retar-dante de chama, gerando pouca fumaça; boa estabilidade dimensionalmesmo a temperaturas altas; baixa absorção de água; alta resistência à oxi-dação; alta resistência mecânica, mas anisotrópico; alta rigidez; alta tena-cidade; excepcional resistência química; baixa permeabilidade a gases e lí-quidos; excelentes propriedades dielétricas. Fácil processmento; baixacontração no molde, pouco empenamento: auto-reforço; pouca rebarba.

Aplicações típicas:Substituição a partes complexas de cerâmica ou metal, nas indústrias elé-trica e eletrônica, aeroespacial, química, automobilística; em fibras óti-cas; em fornos de micro-ondas.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

UltraxVectraXydar

Fabricante

BASFCelaneseDartco

l'< II IMH« )S ( ()M() MATI-KI AIS Dl- 1'NtíliNHARIA 97

Quadro 34. Poliamidas aromáticas

Abreviação: PPTA

Outras denominações: Aramid, PPD-T, PPD-I.

Monômeros

NH2.HCI

cloridrato de dicloreto dicloretocloreto de 4-amino- de tereftaloíla de isoftaloíla

benzoílaNH2

MH2

m-fenileno-diamina p-fenileno-diamina

Polímero

(Kevlar)

98 EI.OISA Hl AM 11 K ) MANO POLlMKROSCOMO MAU Kl AIS DE ENGENHARIA 99

Características do polímero:

Peso molecular, 70.000Densidade, 1,35-1,45Tm, 400-550°C°C; Tg, 250-400°CCristalinidade alta, mesmo em solução (liotrópico)Termoplástico, amarelado, opaco.

Propriedades marcantes:Excepcional resistência ao calor (550°C); auto-retardante de chama; altís-simo módulo; usado como fibra; sensível a radiações ultravioleta; excelen-tes propriedades dielétricas.

Aplicações típicas:Como fibra de reforço em compósitos, em material esportivo, vasos de al-ta pressão, jaquetas e capacetes à prova de bala; na indústria aeroespacial;no isolamento elétrico de motores; em substituição ao asbesto em roupaspara bombeiros; na indústria petrolífera, em cabos e tubulações submari-nas.

Produtos mais conhecidos:

Quadro 35. Poli-imidas

Abreviação: PI

Outras denominações: PAI, poli(amida-imida), PEI,poli(éter-imida).

Nome comercial

KevlarKonexNomexTwaron

Fabricante

DuPontTeijinDuPontAkzo

Monômeros

Polímeros

dianidridoanidrido maleico piromelítico

H2N-\ ) >-Ç —{ ( ) >-NH2

di(p-aniino-fenil)-metano

NH2

éter di(4-amino-fenílico)

dianidrido benzofenono-dicarboxílico

NH2

v *t^/T" *H2

li dianidrido 4,4'-oxi-diftálico p-fenileno-diamina

n (Kapton)

PAI

(Torlon)

100 ELOISA BIASOTTO MANO

Características do polímero:

Peso molecular, 15.000-60.000Densidade, 1,1-1,5T —• T —1m < ' Ag 'Cristalinidade, variávelTermoplástico ou termorrígido, amarelado a acastanhado, transparentea opaco.

Propriedades marcantes:

Excelentes propriedades mecânicas, excelente estabilidade dimensional etérmica, excelente resistência à oxidação, boa resistência química, exce-lente resistência ao desgaste, baixo coeficiente de fricção, auto-retarda-mento de chama, boas propriedades elétricas; baixa resistência às radia-ções. Difícil processamento.

Aplicações típicas:

Substituindo vidro e metais para condições de alto desempenho nas in-dústrias elétrico-eletrônica, automobilística, naval, aeroespacial e de em-balagem, como encaixes, anéis de pistão, sedes de válvula, eixos, partesde motor, placas de circuito impresso flexível, partes de gerador e con-densador. Vernizes anti-corrosivos.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

BTEnvexEymydImidaloyKamaxKaptonKerimidKynelTorlonUltemUpijohnUpilexVespel

Fabricante

MitsubishiRogersEthylToshibaRohm & HaasDuPontRhône-PoulencRhône-PoulencAmocoGEUpijohnUbeDuPont

I 'OI . IMI ;K< is < < > M I i M AI i - K I A I S ni; ENGENHARIA 101

Quadro 36. Policetonas

Abreviação: PK

Outras denominações: PEK, poli(éter-cetona), PEEK, poli(éter-éter-cetona),PEKK, poli(éter-cetona-cetona).

Monômeros hidroquinona 4,4'-di-hidroxi-acetofenona

4,4' -diflúor-acetofenona

Polímeros

PEK

PEEK

(Ultrapek)

(Victrex)

Características do polímero:

PEK — Peso molecular, —Densidade, 1,32T - r 204T1 m , • Lg ' *u^ *-Cristalinidade, até 40%Termoplástico, amarelado, opaco.

PEEK — Peso molecular, —Densidade, 1,32

Cristalinidade, até 35%Termoplástico, acinzentado, opaco.

102 ELOISA Hl ASO TIO M ANO

Propriedades marcantes:

Excelente resistência térmica; boa resistência mecânica, mesmo a altastemperaturas; auto-retardante de chama; resistência química e a solven-tes; boas propriedade elétricas e a radiações; boa estabilidade dimensio-nal. Fácil processamento a 340-440°C.

Aplicações típicas:

Usado em compósitos de alto desempenho com até 40% de fibra. Partesde automóvel; placas de compressor; partes estruturais de aeronave; cabospara nave espacial; conectores em planta de energia nuclear; filmes paracircuito impresso flexível e termo-resistente; revestimento de cabos; vál-vulas e bombas para líquido corrosivo.

Produtos mais conhecidos:

Nomes comerciais

Hostatec*KadelPEKKStabar K* *Ultrapek*Victrex**

Fabricante

Hoeschst-CelaneseAmocoDuPontICIBASFICI

• PEK.* ' PEEK.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS O K ENGENHARIA 103

Quadro 37. Poli-sulfonas

Abreviação: PSF

Outras denominações: PSO, PÁS, poli(aril-sulfona), poli(fenil-sulfona),PÉS, poli(éter-sulfona), poli(aril-éter-sulfona)

Monômeros

4,4'-dicloro-difenil-sulfona

sal de sódiodo 4,4'-difenilol-propano

4-cloro-sulfonil-bifenila

PÁS

Polímeros PÉS

(Udel)

104 EL01SA BIASOTTO MANO l ' O l l M I - : K ( ) S C ( ) M < ) M A T i : K I A I S I ) l ' I - N C I - N H A R I A 105

Características do polímero:Peso molecular, 25.000Densidade, 1,24-1,25índice de refração, 1,63-1,65Tm, 185-220°C; Tg, —Cristalinidade, muito baixaTermoplástico, amarelado, transparente.

Propriedades marcantes:Resistência a altas temperaturas; rigidez; estabilidade dimensional; resis-tência ao escoamento ("creep"); estabilidade química; auto-retardanteda chama; boas propriedades elétricas.

Aplicações típicas:Em substituição a metais, vidro e cerâmica; carcaças de secador de cabelo;lâmpadas de projetor; indicadores luminosos; conectores elétricos paratemperatura alta; soquetes de circuitos integrados; blocos de terminais;circuitos impressos; material esterilizável para uso médico. Em compósi-tos, com fibra de vidro ou de carbono, na indústria aeronáutica.

Produtos mais conhecidos:

Quadro 38. Poli(sulfeto de fenileno)

Abreviação: PPS

Nome comercial

Bakelite PSFRadelStabar SUdelUltrason LVictrex

Fabricante

Union CarbideAmocoICIAmocoBASFICI

Monômeros

Polímero

Na2S

sulfeto de sódio , . ,p-dicloro- benzeno

Características do polímero:Peso molecular, 18.000Densidade, 1,36Tm, 285°C; Tg, 85°CCristalinidade, até 70%Termoplástico, branco, opaco.

Propriedades marcantes:Auto-retardante de chama; resistência à degradação até 450°C; elevadarigidez; boa retenção das propriedades mecânicas em temperaturas eleva-das (200°C); baixa absorção de água; excelente resistência química; trans-parência a micro-ondas; excelentes propriedades elétricas em larga faixade temperatura. Fácil processamento a 250-300°C; suporta reciclagem vá-rias vezes na moldagem.

Aplicações típicas:Revestimentos resistentes à corrosão; partes de bomba e de medidor deágua; sedes de válvula; juntas; na indústria automobilística, em compo-nentes para uso nas proximidades do motor; bobinas; transistores.

Produtos mais conhecidos:

Nome comercial

CrastonFortronPrimefRytonSupecTedur

Fabricante

CIBA-GeigyHoechst-CelaneseSolvayPhilipsGEMobay

106 l I ( > I V \M U i i MANO

grupos não parafínicos, sem ramificações pendentes na cadeiaprincipal. Essa condição acarreta destruição difícil da ordenaçãomacromolecular e, portanto, responde por propriedades mecâni-cas em alto grau. As ramificações afastariam as macromoléculasumas das outras, e assim diminuiriam a sua interação, redu-zindo a resistência mecânica (ver Cap. 2, item 1.1).

• Resistência a temperaturas elevadas

A resistência térmica está associada a estruturas aromáticas comoparte integrante da longa cadeia polimérica.

A estabilidade à degradação de um polímero pelo calor é funda-mentalmente relacionada à energia de ligação dos átomos que for-mam a cadeia polimérica. Assim, a ligação C—C em anéis aromá-ticos exige uma energia de 520 kj/mol para a sua ruptura, que émuito mais elevada do que a energia requerida pela ligação C—Califática, de 335 kj/mol. Este é um dos fatores que tornam os polí-meros de engenharia de alto desempenho tão superiores às polio-lefinas e outros polímeros vinílicos, quanto à prolongada resistên-cia a temperaturas elevadas. Mesmo quando a cadeia macromole-cular é parafínica, a resistência à degradação pelo calor pode sermelhorada, pela substituição de átomos de hidrogénio (energia deligação C—H: 410 kj/mol) por átomos de flúor (energia de ligaçãoC—F: 500 kj/mol), ou reduzida, se o substituinte for o cloro(energia de ligação C—Cl: 340 kj/mol). No entanto, os átomos deH, F e Cl são mono valentes e não geram cadeias poliméricas.

Por aquecimento ao ar, os anéis aromáticos da cadeia tendem asofrer condensações, formando macromoléculas cada vez maiscompactadas e estáveis ao calor. A estrutura de carbono condensa-da ao máximo é encontrada no grafite, que é uma forma alotrópicado carbono, com cristais lamelares, anisométricos, cuja elevada re-sistência à degradação térmica é bem conhecida e aplicada indus-trialmente na confecção de cadinhos e moldes metalúrgicos (verCap. 2, item 2.2).

• Propriedades mecânicas mantidas em latga faixa de temperatu-raA difícil destruição da ordem macromolecular, apesar da eleva-

ção de temperatura, permite a manutenção das propriedades me-

POLlMEROS COMO M A T l i R I A I S OE ENGENHARIA 107

cânicas, o que é uma característica muito importante exigida emmateriais especiais, de alto desempenho. Essa propriedade é en-contrada quando as cadeias são formadas por anéis aromáticos li-gados por um ou dois átomos, em grupos não parafínicos, de pou-ca flexibilidade (ver Cap. 2, itens 2.1, 2.2, 2.3).

• Resistência às intempéries e à oxidação

A inexistência de insaturação nos segmentos que ligam os anéisaromáticos para formar as cadeias macromoleculares dos polímerosde alto desempenho, bem como a ausência de carbono terciárionesses segmentos, acarretam uma grande resistência desses mate-riais às intempéries e à oxidação (ver Cap. 2, item 2.1).

• Auto-retardamento da chama e pouca fumaça

O elevado percentual de estruturas aromáticas nas macromolé-culas, que confere resistência a temperaturas elevadas aos políme-ros de alto desempenho, associado à ausência de cadeias parafíni-cas, garante o retardamento da chama. Há evolução de pouca fu-maça durante a queima, e tendência à formação de resíduo negro,grafítico, de difícil combustão. Os plásticos que contêm grupa-mentos éster ou cetona tendem a liberar vapores de dióxido de car-bono, que abafam a chama, extinguindo-a (ver Cap. 2, item 2.8).

• Resistência a solventes e reagentes

O tipo de estrutura química encontrado nos polímeros de altodesempenho responde pela grande resistência a reagentes e a sol-ventes, tal como ocorre com os polímeros de engenharia de uso ge-ral (ver Cap. 2, itens 2.4, 2.5, 2.6 e 2.7).

• Boa estabilidade dimensional

A estabilidade dimensional está relacionada à rigidez perma-nente do material, que não deve apresentar escoamento significa-tivo. A dilatação, ou encolhimento, da peça prejudica o desempe-nho em muitos casos. O polímero deve ter elevada temperatura detransição vítrea e alta cristalinidade. Sua estrutura química não de-ve favorecer a absorção de umidade ambiental, que faz variar o vo-

108 ELOISA BIAS01TOMANO

lume da peça; deve ser resistente à degradação térmica e química,que também causam a modificação de volume.

Os átomos ou grupos que ligam esses anéis para formar a cadeiamacromolecular, como átomos de oxigénio, de enxofre ou gruposcarbonila, têm importância fundamental nas propriedades e nascaracterísticas de processamento. A distorção ao calor depende damobilidade da^cadeia polimérica. A presença de anéis rígidos aro-máticos ou heterocíclicos volumosos prejudica essa mobilidade eaumenta a temperatura de amolecimento, porque dificulta ou im-pede o deslisamento das cadeias, umas sobre as outras, e tambémrestringe a rotação livre dessas cadeias em torno de seu eixo. Essemesmo efeito é ainda causado por áreas cristalinas. Além disso,nos materiais cristalinos, anisométricos, poderá ocorrer o empena-mento da peça por mudar de dimensões conforme a orientação dasmacromoléculas na fase cristalina, o que não ocorre na fase amorfa(ver Cap. 2, item 1.1.3.).

Todas essas características estruturais são extremamente impor-tantes para a estabilidade ao calor por tempos prolongados, porémreduzem a processabilidade. Para desempenho de alta responsabi-lidade, o material não deve conter plastifícantes ou outros aditivosvoláteis, os quais podem ser gradualmente removidos da peça du-rante o uso.

• Resistência às radiações eletromagnéticas

Os polímeros que apresentam estruturas sem conjugação (isto é,sem alternância de ligações químicas insaturadas), ou com poucaconjugação, não absorvem radiações do espectro eletromagnéticona região do visível, e o polímero é incolor. Se há oxidação da mo-lécula, durante o processamento ou sob a ação dos raios ultraviole-ta solares, o produto se torna amarelado; conforme o grau de oxi-dação, resultam trechos conjugados que causam o escurecimentodo produto, em maior ou menor grau.

Quando os polímeros são muito cristalinos, o material se tor-na opaco, pelas difrações sucessivas quê o raio de luz sofre ao atra-vessar as diversas regiões ordenadas do material. Quando o polí-mero é predominantemente amorfo, o material é transparente(ver Cap. 2, item 1.4).

n H IMl iROS COMO M A T I Í K I A I S 1 )1 : I -NGKNHAR1A 109

• Resistência à abrasão

O termo abrasão refere-se comumente a um processo de desgas-te em que a remoção de material de uma superfície ocorre duranteseu deslocamento contra partículas ou protuberâncias rígidas. Empolímeros rígidos, a resistência à abrasão pode ser associada à reti-culação molecular do material, através de ligações químicas cova-lentes (ligações cruzadas), ou à existência de ligações físico-quími-cas fortes, como pontes de hidrogénio, ou de outras interaçõesmoleculares, e é mais pronunciada em polímeros termorrígidos epolímeros termoplásticos altamente cristalinos (ver Cap. 2, item1.1.10).

• Baixo coeficiente de expansão térmica

O baixo coeficiente de expansão térmica, isto é, a maior resis-tência a expandir a organização macromolecular, é encontrado nospolímeros de alta cristalinidade, onde ocorre também a anisome-tria nas propriedades. Os valores determinados para a avaliaçãodessas características variam conforme a direção em que é feita amedida. Quando os polímeros são amorfos, apresentam isometria,isto é, os valores são os mesmos, qualquer que seja a direção damedida.

Um interessante conjunto de propriedades é encontrado nos po-límeros líquido-cristalinos, que apresentam excepcional resistênciamecânica e química quando sólidos e mostram, no estado fundidoou dissolvido, uma certa ordenação molecular. Durante o processode moldagem, assumem uma estrutura cristalina, contínua, auto-reforçadora, completamente diferente da estrutura cristalina la-melar, descontínua (Figura 11), encontrada nos demais polímerosde alta cristalinidade.

O tipo de ordenação macromolecular pode variar conforme osolvente — neste caso, o material líquido-cristalino é denominadoliotrópico — ou a temperatura — designado termotrópico. As es-truturas contínuas nemãtica, esmética ou colestérica, encontradasnesses materiais, são ilustradas na Figura 30.

Todos os plásticos de alto desempenho são opacos, com exceçãoapenas das poli-sulfonas e dos poliarilatos, que são transparentes,devido à sua estrutura predominantemente amorfa.

110 ELOISA BIASOTTO MANO POLÍMEROS COMO M ATI K I A I S Ml h N í i l í N I I A R I A 1 1 1

Polímero líquido-cristalinono estado fundido (ou dis-solvido)

Moldagem (ou evaporação)

Polímero líquido-cristalinono estado sólido, com es-trutura ordenada contínua

Conforme a estrutura química, a ordenação contínua pode ser diferente:

Estruturacolestérica

Estruturaesmética

Estruturanemática

Figura 30 - Tipos de estrutura ordenada contínua em polímeroslíquido-cristalinos

2.2. Sistemas poliméricos mistos

A vantagem do emprego de mistura de componentes, ao invésde um componente único, é bem conhecida para uma diversidadede produtos. As misturas podem visar à obtenção de característicasnovas. Por exemplo, em perfumes, bebidas, alimentos, em quesão importantes a fragrância e o paladar, ambas propriedades or-ganolépticas cuja avaliação humana envolve a percepção muito sen-sível de variações sutis. Nestes casos, o objetivo principal é dificul-tar ou impedir a imitação, e exige a manutenção das característicaspor prazos muito prolongados, mesmo com as variações climáticaslocais, anuais ou sazonais, que influenciam os produtos de origemnatural empregados. "Whiskies" de renome podem conter maisde uma dezena de tipos diferentes de ' 'whisky'', de várias origens,para manter a qualidade.

Também no campo dos polímeros, as misturas industriais po-dem incluir aditivos em quantidades substanciais, para melhorarcaracterísticas e/ou baratear custos. Por exemplo, cargas como ne-,ro de fumo, caulim, carbonato de cálcio, são usadas em composi-;ões de borracha; serragem, em resina fenólica; alfa- celulose, emresinas ureica e melamínica. Plastificantes são essenciais em pro-dutos como plastissóis de PVC e composições elastoméricas muitocarregadas.

De um modo bastante abrangente, os sistemas poliméricos mis-tos podem ser distribuídos em 2 grupos (Quadro 39): os sistemasmiscíveis e os sistemas imiscíveis.

Nos sistemas miscíveis, as misturas são unifásicas; há compatibi-lidade total entre os componentes dentro de certos limites de com-posição e temperatura. Neste caso, as misturaspolimèricas total-mente compatíveis são também chamadas ligas polimèricas.

Nos sistemas imiscíveis, as misturas apresentam mais de uma fa-se; pode ocorrer compatibilidade interfacial ou incompatibilidadetotal entre as fases. Quando há compatibilidade interfacial, todosos componentes da mistura podem ser poliméricos ou não. Emqualquer desses casos, sempre que há um componente matricial eum estrutural, o sistema constitui um compósito. As misturas comcarga reforçadora se incluem entre os compósitos. Quando não hácomponente estrutural, o componente matricial engloba as parti-

112 ELO1SA HIASOTTOMANO

Quadro 39 - Classificação dos sistemas polimcricos mistos

Sistemapoli-méricomisto

Miscibilidadc

Miscívcl(unifásico)

Imiscívcl(multifásico)

Compati-bilidade

Total

Interfacial

Inexistente

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Polímero / polímero

Polímero / não-polímero

Polímero/polímero

Polimero/não-polímero

Polímero /polímero

Polímero/ não-polímero

Designação

Mistura poli-mérica ou ligapolimérica

Mistura aditi-vada

Mistura poli-mérica

Compósito

Compósito

Mistura poli-mérica incom-patível

Exemplo"

PPO/PS, PVC/NBRPVC/MBS

PVC/DOP

PI/EPDMPA/EPDM

PEEK/PA

SI /Acido silícico

BR/NBR

SBR/CaCOj

Ver Quadros 40, 41, 42, 43 c 44.

cuias dispersas do outro componente; o sistema se apresenta comouma mistura polimérica. Exemplos de sistemas em que há incom-patibilidade são as misturas com carga inerte.

Os sistemas poliméricos mistos têm permitido aos plásticos apli-cações que antes decorriam exclusivamente de homopolímeros ede copolímeros, além de empregos completamente novos, em de-corrência da capacitação técnica e criatividade dos especialistas. Oobjetivo da mistura de polímeros é melhorar propriedades como arigidez, resistência ao impacto a baixas temperaturas, estabilidadedimensional a altas temperaturas, resistência às intempéries, resis-tência a rachaduras provocadas por tensão, resistência à chama,processabilidade e resistência ao envelhecimento. Dessas proprie-dades, as mais comumente requeridas para materiais de engenha-ria são: resistência ao impacto, resistência mecânica e resistência àchama.

Muitas vezes, é possível combinar algumas dessas qualidades,inclusive aquelas que são aparentemente conflitantes, como, porexemplo, aumento da resistência ao impacto ou da resistência me-cânica, mantendo a maleabilidade e a estabilidade dimensional.

POLÍMEROS COMO MATERIAIS ui; ENGENHARIA 113

2.2 .1 . Sistemas poliméricos mistíveis

No equilíbrio, uma mistura de 2 polímeros amorfos pode existirde duas maneiras: como uma solução dos componentes macromo-leculares em uma fase única, em que os segmentos poliméricos estãointimamente misturados, em solução mútua; ou então separadosem duas fases distintas, cada uma constituindo fundamentalmen-te um componente individual.

A miscibilidade de dois componentes poliméricos quaisquer éfunção de 3 parâmetros: sua compatibilidade, a proporção relativaem que se encontram, e as condições de temperatura e pressão aque estão submetidos, ao longo de determinados tempos. O ter-mo compatibilidade se refere à natureza química; o termo misci-bilidade, à dispersão estável. A dispersão em seu grau máximo, anível molecular, acarreta a miscibilidade dos polímeros. A misturade dois homopolímeros miscíveis é monofásica e muito semelhan-te em propriedades e processamento ao copolímero aleatório cor-respondente.

Quando dois polímeros são compatíveis, podem tornar-se inter-dispersos, formando uma fase homogénea. Não há indícios gros-seiros de segregação de fase. Sua compatibilidade pode ser obser-vada pelo índice de refração, e, portanto, pela transparência outranslucidez da mistura, tal como ocorre com líquidos miscíveis,ou ainda pela ocorrência de uma temperatura de transição vítreaúnica, intermediária entre as dos componentes poliméricos isola-dos. Se forem modificadas as condições de temperatura e pressão,

.essa miscibilidade pode desaparecer. As propriedades da misturaversus composição podem ser representadas em gráficos (Figura31), para os polímeros A ç. B.

O equilíbrio de fases do sistema é traduzido pela energia livrede mistura, AGm, que é determinada pela bem conhecida Equa-ção de Gibbs:

AGm = AHm - TASm

onde AHm e ASm são, respectivamente, a entalpia e a entropia demistura, eYa temperatura em que ocorre o processo. A energia li-vre de mistura é afetada pela composição dessa mistura e pela tem-

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2.2.2. Sistemas polim

éricos

Ao contrário dos sistem

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116 ELOISA HIASOTO MANO

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POLÍMEROS COMO M A T E R I A I S DE ENGENHARIA 117

vel molecular, poderão ocorrer interações em grau muito mais in-tenso do que se eles estiverem sob a condição de partículas grossei-ras.

Quando a dispersão ocorre em grau máximo, tem-se a soluçãode um material no outro, e resulta em uma única fase, conformejá anteriormente discutido. Quando isso não ocorre, há separaçãode fases, e a interface entre o componente em menor quantidade ea matriz é de fundamental importância para o desempenho doproduto final.

A fornia das partículas do componente estrutural deve ser esco-lhida em função das propriedades visadas no produto. Se for o au-mento da resistência à tração, a forma de fibra, que permite orien-tação macromolecular em uma direção, pode ser mais vantajosa.Se for a melhoria da resistência ao impacto, a forma de partículasglobulares poderá atender melhor aos objetivos, pela dispersão dedomínios mais macios na massa, que absorvem a energia do cho-que. Se o produto for uma lâmina, a forma de plaqueta poderá sermais conveniente, de acordo com o processo de fabricação do arte-fato. Em qualquer dos casos, a interação entre a fase dispersa e afase matricial depende da grandeza da área de contato e da afini-dade entre os componentes.

Assim, em uma mistura polimérica, os constituintes podem in-teragir entre si, a nível molecular — resultando uma única fase(sistema miscível), ou interagir somente na interface — ocorrendomais de uma fase (sistema imiscível), com compatibilidade par-cial, ou ainda apenas coexistir, havendo incompatibilide. Quandoa afinidade química é muito pequena, a adição de um terceirocomponente de ação compatibilizante é fundamental.

A compatibilidade entre os componentes das misturas poliméri-cas imiscíveis é de grande importância para o desempenho da mis-tura. Quando há incompatibilidade, a interface é a região maisfraca; é o local onde ocorre a falha do material. Isto é, bem obser-vado em sistemas elastômero-carga inerte, como SBR-CaCO3, emque a resistência à tração cai pronunciadamente na mistura vulca-nizada. Já se o segundo componente for compatível, como no casodo sistema SBR-negro de fumo, as propriedades tênseis da misturavulcanizada tornam-se muito melhoradas, e a carga é dita reforça-dora. Nos sistemas imiscíveis polímero-polímero, efeito semelhan-te é observado.

I I HKI.OISA HIASOTTOMANO

No entanto, mesmo com a compatibilidade em seu grau máxi-mo, encontrada em sistemas unitários, quando o polímero é alta-mente cristalino pode ocorrer a imiscibilidade da fase cristalina nafase amorfa. Isto pode ser resumido na afirmativa de que a compa-tibilidade é condição necessária, mas não suficiente para que ocor-ra a miscibilidade.

Em misturas amorfas binárias imiscíveis, a rigidez, a resistênciamecânica e a temperatura de distorção ao calor do componenteprincipal determinam em alto grau as propriedades da mistura.Em contraste com a dependência linear mostrada por composiçõesamorfas binárias miscíveis, há algumas vantagens em obter mistu-ras imiscíveis. Baixo alongamento e propriedades insatisfatórias deresistência ao impacto estão relacionadas à má transferência dasforças entre as fases da mistura imiscível. Como a imiscibilidadeestá relacionada a fracas interações a nível molecular, é de se espe-rar que as forças de adesão entre as fases sejam muito precárias nes-sas misturas, e causem falha prematura, sob tensão.

O processamento tem grande papel na distribuição das fases enas propriedades das misturas polimeriças imiscíveis. Baixa difusãosegmentai é consequência de imiscibilidade; daí resultam interfa-ces definidas e pouca resistência na junção entre a matriz e as par-tículas dispersas. A estabilização da morfologia das fases nas mis-turas imiscíveis é conseguida pela adição de um compatibilizante.

Do ponto de vista de aplicação prática, as misturas poliméricasimiscíveis são as mais importantes.

Nas misturas miscíveis de dois polímeros predominantementeamorfos, as propriedades variam progressivamente com a compo-sição da mistura. Essa variação corresponde ao esperado de umasolução de um componente em outro. Se pelo menos um dos polí-meros é predominantemente cristalino, as regiões ordenadas secomportam como componentes imiscíveis, e se revelam a partir decertos limites, que dependem da história térmica decorrente doprocessamento da mistura. Mesmo quando se trata de apenas umpolímero, porém de alta cristalinidade, as regiões cristalinas namassa criam heterogeneidade, fazendo com que esse material secomporte como se as duas fases, amorfa e cristalina, fossem doiscomponentes diferentes, resultando mistura imiscível.

Quando os componentes da mistura polimérica são imiscíveis,uma situação totalmente diferente é criada. Algumas das proprie-

1'OI.IMI KC 'S ( ( > M ' i M A U K l A i s Dl - I - N < U N H A R I A 119

dades da mistura são melhoradas, ao mesmo tempo que outras sãopioradas, porém não linearmente, ao contrário do que se observanas misturas miscíveis já discutidas (Figura 31). O diagrama depropriedade versus composição pode apresentar forma sigmóide,totalmente diferente conforme a propriedade considerada. Porexemplo, uma mistura de A com B pode apresentar o máximo deresistência ao impacto, e o mínimo de rigidez, a x% de A. Nasmisturas de importância industrial, os componentes escolhidos ge-ralmente possuem características bem diferentes, e a variação daspropriedades pode ser marcante.

Nas misturas imiscíveis, as dimensões das partículas e o grau dedispersão de uma fase na outra são de grande importância para odesempenho tecnológico. É frequente tentar-se melhorar a resis-tência ao impacto de polímeros rígidos que já têm uma série de ca-racterísticas convenientes, exceto a fragilidade. Para isso, dispersa-se no polímero rígido um componente macio, borrachoso, cujaspartículas atuam como regiões de distribuição de tensões, por sub-divisão da força aplicada em forças menores, evitando que as fra-turas maiores se propaguem, aumentando, assim, a resistência aoimpacto. Outro fator a ser considerado é a ancoragem de cada fa-se, uma na outra, causada pela adesão interfacial. Este efeito podeser conseguido de diversas maneiras. Uma delas é a adição de urnasubstância que tenha afinidade química por ambas as fases da mis-tura polimérica. Este compatibilizante pode ser ou não de nature-za macromolecular. Quando polimérico, pode resultar da copoli-merização aleatória dos monômeros correspondentes aos políme-ros que irão compor a liga polimérica, com as considerações de ca-ráter económico daí decorrentes. A adesão interfacial de dois polí-meros também pode resultar de incorporação à massa de políme-ros que tenham em sua estrutura segmentos em bloco de cada umdos tipos de mero, tanto na cadeia principal quanto sob a formade ramificações pendentes ("grafts"). A Figura $2 permite visua-lizar as diversas maneiras de melhorar a adesão interfacial. Exem-plos de compatibilizantes não-poliméricos são os emulsificantes.

As principais misturas poliméricas imiscíveis industriais sãoapresentadas no Quadro 41, no qual não estão incluídas as mistu-ras elastoméricas (como borrachas termoplásticas). Nota-se que ospolímeros dominantes mais comuns são PVC, PC e PA, e os polí-meros modificadores, em menor proporção na mistura, são os ma-

120 ELOISAB1ASOTTOMANO

Componentespoliméricosincompatíveis

Mistura polimérica compatibilizada

Compatibilizantenão-polimérico

Compatibilizantepolimérico

(a)

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«TN

(b)

(c)

(a) Copolímero aleatório(b) Copolímero em bloco(c) Copolímero enxertado ou graftizado

Figura 32. Representação gráfica da compatibilização interfacial a nívelmolecular

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Quadro 41. Principais misturas poliméricas imiscíveis industriais (continuação)

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PET

Pofímeromodifica-dor (emmenorpropo-í*>)

ABS

PBT +

elastó-mero

PSMAn

PBT

PET

ASA

Elastô-mcro

PMMA

Característica visada para modificação, comparada a do polímero principal

Maior rc-wtendaao im-pacto a

baixaitempcra-turai

x

x

x

Melhorprocessj-bilidade

x

x

x

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x

x

x

x

x

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x

x

x

Melhorresistên-cia às in-

tempérie*

x

Melhorresistên-cia à

abrasão

Melhorestabili-dade di-menrio-nal

x

Maiortempera-tura de

distorçãoao calor

Nomecomercial

fiayblend

CycoloyPolymanABS-PC 950

XenoyMakioblendVaJox

Arloy

MakioblendXenoyXenoy

MakroblcndMerlonXenoyMelitex

Terblend

Rynite

Ropet

Fabricante

MobayBorg-WarnerSchulmanCoplen *

GEBayerGE

Arco

MobayGECoplen *

MobayMobayGEICI

BASF

DuPont

Rohm Sc Haas

Aplicações especiais

Indústria automobilística, em anéis pa-ra farol, caiçacas para equipamento deescritório.

Indústria automobilística, cm paracho-quês e partes externas de cano; carcaçasde máquina pesada, tubulações.

Indústria automobilística, em utensí-lios para aquecimento e processamentode alimentos; componentes para câme-ra, carcaças de equipamento domés-tico.

Indústria automobilística, em paracho-ques, painéis, lanternas; carcaças demáquina de escritório.

Indústria automobilística cm que seexija contato com fluidos, paracho-ques, carcaças de máquina pesada. Fil-mes transparentes ou translúcidos paraartes gráficas c isolamento elctrico demotores, componentes e fios. Filmespara radiografia, aplicações médicascm catétcrcs intravenosos e filtros parasangue.

Indústria automobilística; carcaças deejetrodomésticos.

Indústria automobilística cm panes decarroceria, volantes, componentes in-cemos de veículos.

Indústria eletro-eletrònica.

Obcervaçôes

_

Propriedades in-termediárias en-

tre PC e ABS

PSMAn - Co-poli(cstireno-

anidrido malei-co)

_

Pode ser trans-parente

_

—

Quadro 41. P»"" •}«*•« i

Polímeroprincipalcm maiorproporção

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PA

PPO

PPS

PSF

Polímeromodi&ca-dor lemmenorpropo-

S*>)

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PC

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PE

PU

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ABS

PA

HIPS

PTFE

ABS

PET

Característica visada para modificação, comparada à do polímero principal

Maior re-sistênciaao im-

pacto a

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x

x

x

X

X

x

X

Melhorprocessa-bilidade

x

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Melhor

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tempera-tura dedistorçãoao calor

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MindelArylon

Mindel

GECelanesc

GE

GAFMobay

DuPontAllied

Bayei

DuPont

Boig-Warncr

GECoplen

CoplenGEGEAsahiMitsubishi

Philips

AmocoDuPont

Amoco

Indústria eletro-eletrônica, carcaças pa-ra aparelhos domésticos que sofremaquecimento.

~

-

Tanques de gasolina.

-

Indústria automobilística, contentoies,material esportivo.

Indústria automobilística em painéis ecomponentes.

Indústria automobilística em calotas,paialamas, suporte de retrovisores ecomponentes externos, aplicações me-dicas, material esportivo

Indústria automobilística , indústriaeletro-eletrônica, componentes de apa-relhos domésticos e de escritório.

Selos, válvulas e mancais.

Indústria automobilística em paracho-qucs, painéis, componentes para cir-cuitos integrados c motores, peças me-talizadas por eletrodeposição, bandejaspara restaurantes populares, [orneiras,encanamentos.

Indústria de alimentos em equipamen-tos para processamento a quente.

Comumcmcusado com cargade vidro

-

-

P(E-g-MA) :

0,4% MA

MA --= acrilato

de metila

PU termoplásti-co

MAn -= anidri-do maleico

ABS tipo G

—

_

—

-

124 ELOISAIt lASOTTOMANO

teriais elastoméricos EPDM e BR, e ABS. Na maioria dos casos, oobjetivo é elevar a resistência ao impacto, especialmente a baixastemperaturas. Outras qualidades também visadas para valorizaçãosão: melhoria da processabilidade, aumento da resistência a in-tempéries e menor custo.

Quando os componentes da mistura imiscível apresentam gru-pamentos éster ou amida, durante o processamento podem ocor-rer reações de transesterifícação, transamidação ou transamido-es-terifícação, resultando produtos mais firmemente interligados,pela formação de ligações químicas covalentes entre os diversoscomponentes da mistura. Essas reações favorecem a miscibilidade,e a mistura pode passar a monofásica. Também pela exposição aocalor durante o processamento, pode resultar a formação de liga-ções cruzadas, tornando-se a massa insolúvel e infusível, antes deassumir a forma final da peça — assim, inadequada à moldagem einsersível.

As misturas poliméricas têm vantagens significativas, tanto paramateriais de uso geral quanto para a valorização técnica dos polí-meros, singularizando o seu perfil de propriedades, de modo apermitir o atendimento de conjuntos muito especiais de qualifica-ções.

A tentativa de substituir materiais de engenharia tradicionais,encontrados na natureza, por produtos sintéticos de propriedadesengenhosamente projetadas, visando benefícios de custo e man-tendo a confiabilidade, motivou o desenvolvimento dos compósi-tos poliméricos.

2.2.1. Compósitos

Os compósitos representam um caso de particular importânciadentro do grupo das misturas poliméricas imiscíveis. De uma for-ma bastante abrangente, pode-se dizer que os compósitos consti-tuem uma classe de materiais heterogéneos, multifásicos, poden-do ser ou não poliméricos, em que um dos componentes, descon-tínuo, dá a principal resistência ao esforço (componente estrutu-ral), e o outro, contínuo, é o meio de transferência desse esforço(componente matricial). Esses componentes não se dissolvem ou

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 125

se descaracterizam completamente; apesar disso, atuam concerta-damente, e as propriedades do conjunto são superiores às de cadacomponente individual. A interface entre eles tem influência do-minante sobre as suas características. São em geral empregados co-mo materiais de engenharia, formados por elementos de reforçoem grau variável de ordenação, que se distribuem em uma matrizflexível.

Os principais componentes dos compósitos empregados comomateriais de engenharia são apresentados no Quadro 42.

Quadro 42. Principais componentes dos compósitos empregados comomateriais de engenharia

Componente

Estrutural

Matricial

Natureza

Fibrosa

Contínua

Descontínua

Pulverulenta

Termoplástica

Termorrígida

ExemplosFibra de poliamida aromáticaFibra de carbonoFibra de boroFibra de vidroFibra de carboneto de silícioFibras metálicas (alumínio,tungsténio, aço)

Fibra de cerâmicaFibra de grafiteFibras metálicas (ferro, cobre)Fibras monocristalinas ("whiskers")

Negro de fumoSílica

Poliamidas alifáticasPolicarbonatoPoli(sulfeto de fenileno)Poli(óxido de metileno)Poli-sulfonasPolicetonasPoli(tereftalato de butileno)

Resina epoxídicaResina fenólicaPoliéstc.r insaturadoPoli-imidas

126 ELOISA BIASOTTOMANO

O componente estrutural pode ser um material orgânico ouinorgânico (metálico ou cerâmico), de forma regular ou irregular,fibroso (tecido ou não-tecido) ou pulverulento (esférico ou cristali-no), com os fragmentos achatados (como flocos) ou como fibrasmuito curtas, de dimensões quase moleculares, de material mono-cristalino ("whisker"). Quando combinados com polímeros de al-ta resistência ao calor, as temperaturas de aplicação desses compó-sitos podem chegar a 900°C, enquanto que, com os materiais ter-moplásticos comuns, essas temperaturas não ultrapassam 100°C, e'com os termorrígidos, 300°C.

Os materiais estruturais devem ter resistência, rigidez e malea-bilidade, que geralmente se encontram nas fibras. O seu papel ésuportar as cargas máximas e impedir que as deformações ultrapas-sem limites aceitáveis. Quando associados a componentes resino-sos, resultam materiais que apresentam resistência mecânica mui-to elevada. Em relação ao peso, os compósitos revelam proprieda-des mecânicas que podem exceder consideravelmente às dos me-tais. As características das fibras de maior importância industrialem compósitos especiais estão relacionadas no Quadro 43.

O componente matricial é quase sempre um polímero orgânicomacio ou duro, termoplástico ou termorrígido. O papel da matrizé manter a orientação das fibras e seu espaçamento, transmitir asforças de cisalhamento entre as camadas de fibras (para que o com-pósito resista a dobras e a torções) e proteger a fibra de danos su-perficiais.

Quanto à interface, de importância fundamental nos compósi-tos, devem ser lembradas as considerações já anteriormente feitas.E comum melhorar a interface através do tratamento do compo-nente estrutural com um agente compatiblizante. Por exemplo,fibras de vidro são tratadas usualmente com silanos, para melhorcompatibilização às matrizes de poliéster ou de resina epoxídica.

Dentro desse contexto, o corpo humano pode ser consideradoum compósito de extrema complexidade, constituído de múltiploscomponentes estruturais — ossos, dentes, músculos — e diversoscomponentes matriciais — gorduras, proteínas. Da mesma forma,os demais seres vivos, animais e vegetais, também podem ser vistoscomo materiais compósitos. Afigura 33 mostra uma parte do cau-le de uma palmeira, em que se destaca a estrutura de resistência,

POLlMHROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 127

Quadro 43. Características das principais fibras empregadas em compósitos

Fibra

Vidro

Cerâmica

Carbono

Poliamidaaromática

Aço

Boro

Densidade(g/cm3)

2,5-2,6

2,5-4,0

1,7-1,9

1,4-1,5

7,7

2,6

Resistênciaà tração(GPa)

3,5-4,5

2,4-20,0

2,1-2,8

2,7-3,5

4,4

3,9

Módulo deelasticidade

(GPa)

73-87

430-450

230-400

60-130

2.000

410

Temperaturade fusão

(°Q

> 700

Infusível

Infusível

Infusível

1.400-1.500

2.300

Figura 33. Compósito natural — Parte do caule de uma palmeira

128 ELOISA BIASOTTOMANO

já seca, em cujos interstícios havia o componente matricial, forma-do por material polissacarídio geleificado, em meio aquoso.

Também sistemas totalmente inorgânicos podem ser incluídosentre os compósitos: por exemplo, um poste de concreto, cujocomponente estrutural é representado pela armação metálica, e ocomponente matricial, pela massa de cimento.

Para as propriedades mecânicas dos compósitos contribuem asduas fases: a fase estrutural, geralmente com módulo alto e eleva-da resistência mecânica, representada por um material fibroso, e afase matricial, com módulo baixo e grande alongamento, tipica-mente constituída de um material plástico, não quebradiço. Acombinação de excelentes propriedades mecânicas e leveza estru-tural torna os compósitos interessantes materiais de aplicação em

Quadro 44. Principais compósitos poliméricos de aplicação em engenharia

Componente

Estrutural(fibra)

Vidro

Vidro

Celulose

Celulose

Carbono

Carbono

Poliamidaaromática

Poliamidaaromática

Poliéstersaturado

Matricial(resina)

Poliéster insaturado

Resina epoxídica

Resina fenólica

Resina ureica

Poli-imida

Resina epoxídica

Resina epoxídica

Poli-imida

Poli( cloreto de vinila)

Aplicações típicas

Telhas corrugadas, carcaças decarro, cascos de barco, piscinas,tanques, silos, reatores de pres-são

Circuitos impressos, componen-tes para a indústria eletrônica

Laminados para revestimentode móveis e divisórias, engrena-gens, circuitos impressos

Placas de madeira compensada

Peças para indústria aeronáuticae aeroespacial, resistentes aocalor

Material esportivo, aerofólios decarros de corrida, reatores in-dustriais

Tubulações resistentes a pressãopara a indústria de petróleo

Peças resistentes ao calor para asindústrias aeronáutica e aeroes-pacial

Lonas para cobertura da cargade caminhões

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 129

engenharia. Um exemplo típico desse sistema é o poliéster reforça-do com fibra de vidro, que é o compósito mais comum, denomi-nado abreviadamente GRP ("glass reinforced polyéster"). OQuadro 44 apresenta os principais reforços e matrizes empregadosnos compósitos.

Destaque especial deve ser dado às fibras de carbono e de polia-midas aromáticas (Aramid, Kevlar). Essas fibras trazem aos com-pósitos uma série de qualidades: maior rigidez, maior resistênciamecânica, menor peso, maior resistência à fadiga, menor expansãotérmica, maior condutividade térmica e elétrica, melhor blinda-gem eletromagnética; como inconvenientes, apresentam alto cus-to e limitação de cor.

Resinas epoxídicas são compatíveis com todas as fibras e são asmais comumente empregadas em compósitos dos quais é exigidoalto desempenho.

Os compósitos são principalmente usados nas seguintes indús-trias: mecânica de precisão (relógios, máquinas de costura), auto-mobilística (peças que se movem com alta velocidade e têm conta-to com metais, para evitar aglomeração de poeira resultante dodesgaste dos metais), aeronáutica, aeroespacial, ótica, médica e dematerial esportivo (equipamentos de pesca, peças para esqui, ra-quetes de ténis).

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Capítulo 4

PERFIS DE PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS

A avaliação dos materiais poliméricos sintéticos co-mo materiais de engenharia é feita de acordo com o conjunto desuas propriedades, em comparação aos materiais clássicos: madei-ras, cerâmicas, vidros e metais. Essa visão abrangente do uso po-tencial de cada polímeros pode ser obtida através da representaçãográfica das propriedades.

Neste livro, foram preparados os Perfis de Propriedades dosprincipais polímeros, com base em uma sequência arbitrária, re-gular, dos valores numéricos correspondentes às característicasmais significativas. As propriedades foram numeradas em sequên-cia, conforme mostrado no Quadro 45. Esses Perfis são apresenta-dos para polietileno de baixa densidade (Figura 34), polietilenode alta densidade (Figura 35), polipropileno (Figura 36), polies-tireno (Figura 37), poli(cloreto de vinila) (Figura 38), poli(tetra-flúor-etileno) (Figura 39), poli(acetato de vinila) (Figura 40),poli(metacrilato de metila) (Figura 41), poliacrilonitrila (Figura42), resina epoxídica (Figura 43), poli(tereftalato de etileno) (Fi-gura 44), policarbonato (Figura 45), poli(ftalato-maleato de pro-pileno) estirenizado reforçado com fibra de vidro (Figura 46), po-liamida-6 (Figura 47), poliamida-11 (Figura 48), poliamida-6,6(Figura 49), poliamida-6,10 (Figura 50), resina de fenol-formal-deido(Figura51), resina de uréia-formaldeído (Figura52), resinade melamina-formaldeído (Figura53), poliuretanos (Figura54) eborracha natural (Figura 55). Para fins de comparação, tambémforam elaborados os Perfis de Propriedades de materiais de enge-nharia tradicionais, como cerâmicas (Figura 56), vidros (Figura57), alumínio (Figura 58), cobre (Figura 59) e aço (Figura 60).

133

134 ELO1SA BIASOTTO MANO

Quadro 45. Código numérico representativo das principais propriedades dospolímeros

Código

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Propriedades

Elétricas

Õticas

Outras

Resistência à tração

Alongamento na ruptura

Módulo de elasticidade

Resistência à compressão

Resistência à flexão

Resistência ao impacto

Calor específico

Condutividade térmica

Coeficiente de expansão térmica linear

Temperatura de fusão cristalina (Tm)

Temperatura de transição vítrea (TR)

Temperatura de distorção ao calor (HDT)

Rigidez dielétrica

Resistívidade volumétrica

Constante dielétrica

índice de refração

Densidade

Permeabilidade ao nitrogénio

Permeabilidade ao dióxido de carbono

Permeabilidade a vapor dágua

Unidade

kgf/mm

%

kgf/mm2

kgf/mm

kgf/mm2

kgf-mm/mm

cal/(g-°C)

10" 4 cal/(cnvs-°C)

10~4/°C

"C

"C

°C

kV/mm

Ohm-cm

—

—

—

(10~ 10cm2)/s-cmHg)

(1(T 10cm2)/s-cmHg)

(10~ 1 0g)/(cnrs-cmHg)

Figura

(Ni)

2

3

4

5

6

7

7

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

* Não aplicável

Figura 34. Polietileno de baixa densidade

136 ELOISA BIASOTTO MANO

HDPE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 MO 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 35. Polietileno de alta densidade

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 137

PP

5 l 6 10 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 36. Polipropileno

138 ELOISA BIASOTTOMANC) POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 139

Figura 37. Poliestireno

pvc

6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 38. Poli(cloreto de vinila)

140 HI.OISA HIASOTTO MANO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 39. Poli(tetraflúor-etileno)

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 141

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

* Não aplicável

Figura 40. Poli( acetato de vinila)

142 ELOISA BIASOTO MANO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 41. Poli(metacrilato de metila)

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 143

PAN

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 42. Poliacrilonitrila

144 ELOISA BIASOTTO MANO

ER

* * *1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Não aplicável

Figura 43. Resina epoxídica

POI.IMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 145

PET

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 44. Poli(tereftalato de etileno)

Ill, ELOISA HIASOTTO MANO

PC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 45. Policarbonato

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 147

CRP

* * * * * *1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

* Não aplicável

Figura 46. Poli(ftalato-maleato de propileno) estirenizado reforçado com fibrade vidro

148

2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 l 1O | 11 l 12 l 13 l 14 l 15 l 16 l 17 l 18 l 19 l 2O

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 149

Figura 47. Poliamida-6

PA-11

1 l 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 l 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20

Figura 48. Poliamida-11

ELOISA BIASOTTO MANO

PA-6,6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 49. Poliamida-6,6

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 151

PA-6,10

2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

Figura 50. Poliamida-6,10

152 EI.OISA BIASOTO MANO

PR

1 2 3 5 6 7 8 9* * *1O 11 12

* * *18 19 2O

* Não aplicável

Figura 51. Resina de fenol-formaldeído

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 153

* Não aplicável

Figura 52. Resina de ureia-formaldeído

154 ELOISA BIASOTTO MANO

MR

1 2 3 4 5 6 7 8 9* * *10 11 12 13 14 15 16 17

* * *18 19 20

* Não aplicável

Figura 53- Resina de melamina-formaldeído

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 155

PU

* * *1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

* Não aplicável

Figura 54. Poliuretanos

156 ELOISA BIASOTTO MANO

13 14 15 16 17 18 19 2O

* Não aplicável

Figura 55. Borracha natural

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 157

* Não aplicável

Figura 56. Cerâmicas

158 ELOISABIASOTTOMANO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O

* Não aplicável

Figura 57. Vidros

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 159

* Não aplicável

Figura 58. Alumínio

160 ELOISA BIASOTTO MANO

* Não aplicável

Figura 59. Cobre

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 161

AC OS

* * * * * * * *1 2 3 4 8 9 K> 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2O

* Não aplicável

Figura 60. Aços

162 H.OISA HIASOTO M A N O

Iodos os valores lançados nesses gráficos foram retirados dos limi-tes superiores dos dados correspondentes a cada propriedade,apresentados anteriormente nas Figuras 2 a 21.

Quanto às propriedades mecânicas consideradas (resistência àiração, alongamento na ruptura, módulo de elasticidade, resistên-:ia à compressão, resistência à flexão e resistência ao impacto), no-ta-se a flagrante superioridade dos materiais clássicos sobre os sin-téticos de uso geral — porém essa restrição é bem menos significa-tiva quando o polímero é orientável, como no caso de poliamidas epoliésteres. A melhoria dessas características tem sido obtida atra-/és da síntese de novos materiais poliméricos, de estrutura quími-:a especialmente escolhida para apresentação de maior organiza-ção molecular e, portanto, maior resistência mecânica. Ao ladodesta característica, surgem outras igualmente importantes, comoi estabilidade à degradação.

Em relação às principais propriedades térmicas (calor específico,:ondutividade térmica, coeficiente de dilatação térmica linear,:emperatura de fusão cristalina, temperatura de transição vítrea e:emperatura de distorção ao calor), pode-se observar nos Perfis dePropriedades que os polímeros sintéticos, como substâncias orgâ-licas, são todos menos resistentes ao calor do que os materiais tra-dicionais inorgânicos, como as cerâmicas, vidros e metais. Nos po-ímeros termorrígidos, que são infusíveis, a consequência do aque-:imento ao ar além de certos limites é a carbonização do material,íista limitação intrínseca dos polímeros para aplicação em enge-lharia tem sido contornada pela procura de monômeros que tra-gam à cadeia macromolecular a estabilidade térmica não oferecida:>elas cadeias parafínicas encontradas nos polímeros mais comuns,ie uso geral. A formação de dupla cadeia macromolecular, que ca-•acteriza os polímeros escalares, e a condensação de anéis aromáti-:os, resultando em estruturas compactadas, polinucleares, são os•ecursos que os químicos têm utilizado em suas pesquisas, comDons resultados — porém os custos elevados dos monômeros e adificuldade de processamento dos polímeros são obstáculos a ven-:er.

Em relação às propriedades elétricas (rigidez dielétrica, resistivi-iade volumétrica e constante dielétrica), verifica-se que todos ospolímeros, de uso geral ou especial, são isolantes elétricos. A asso-:iação da característica de condutor de eletricidade às qualidadesípicas dos polímeros vem sendo buscada pelos pesquisadores para

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 163

aplicações de engenharia em substituição a metais, em casos muitoespecíficos.

Considerando ainda outras características, pelos Perfis de Pro-priedade, pode-se desde logo verificar que a densidade é muitomenor nos polímeros do que nos materiais inorgânicos. Isto signi-fica baixar substancialmente o peso das peças tradicionais — deigual volume — e assim permitir-lhes usos mais diversificados. Apermeabilidade a gases e vapores, muito diferente nos diversos po-límeros, é inexistente nos vidros e metais; nas madeiras e nas cerâ-micas, a estrutura mais ou menos porosa de cada material impedecondições para comparação. Nota-se que, entre os gases considera-dos, o dióxido de carbono é aquele de permeação mais fácil, emgrau muito superior ao encontrado para o nitrogénio e o vapordágua.

A observação minuciosa dos Perfis de Propriedades dos políme-ros permite extrair uma série de informações muito interessantes evaliosas. No entanto, o estudo detalhado desses gráficos foge aocaráter introdutório e geral deste livro; é sugerido àqueles que sededicam ao desenvolvimento de novos materiais, destinados aáreas de aplicação específica e pouco comum.

Capítulo 5

MÉTODOS PARA A AVALIAÇÃO DAS PRINCIPAIS

CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS

Os métodos ASTM usados na determinação dasprincipais propriedades dos materiais poliméricos estão listados aseguir.

l. Propriedades físicas

1.1. Mecânicas

D 256 — "Impact resistance of plastics and electrical insula-ting materiais''

D 412 — "Rubber properties in tension"D 623 — "Rubber property — Heat generation and flexing

fatigue in compression"D 638 — "Tensile properties of plastics"D 671 — "Flexural fatigue of plastics by constant-amplitu-

de-of-force"D 695 — "Compressive properties of rigid plastics"D 746 — "Brittleness temperature of plastics and elastomers

by impact"D 785 — ' 'Rockwell hardness of plastics and electrical insula-

ting materiais"D 790 — ' 'Flexural properties of unreinforced and reinforced

plastics and electrical insulating materiais"D 882 — "Tensile properties of thin plastic sheeting"D 1242 — "Resistance of plastic materiais to abrasion"D 1894 — "Static and kinetic coeffícient of friction of plastic

film and sheeting"

165

166 ELOISA BIASOTTO MANO POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENM H HARII

D 2231 — "Rubber properties by forced vibration"D 2240 — "Rubber property — Durometer hardness"D 2463 — "Drop impact resistance of blow-molded thermo-

plastic containers"D 2632 — "Rubber property — Resilience by vertical re-

bound"D 3028 — ' 'Kinetic coefflcient of friction of plastic film and

sheeting"

1.2. Térmicas

C 177 — "Steady state heat flux measurements and thermaltransmission properties by means of the guarded-hot-plate apparatus"

C 351 — "Mean specrfic heat of thermal insulation"D 648 — "Deflexion temperature of plastics under flexural

load"D 696 — "Coefflcient of linear thermal expansion of plas-

tics"D 2117 — "Melting point of semicrystalline polymers by the

hot-stage microscopy method"D 3418 — "Transition temperatures of polymers by thermal

analysis"D 4351 — "Measuring the thermal conductivity of plastics by

the evaporation calorimetric method"

1.3.- Elétricas

D 149 — "Dielectric breakdwon voltage and dielectricstrength of solid electrical insulating materiais atcommercial power frequencies"

D 150 — "A-C Loss characteristics and permittivity (dielec-tric constant) of solid electrical insulatingmateriais"

D 257 — "D-C Resistance or conductance of insulating ma-teriais"

D 495 — "High-voltage, low current, dry are resistance ofsolid electrical insulation"

1.4. Óticas

D 542 — "Index of refnctionof tra,plastics"

D 1003 — "Haze and lu^umiious tisnmiraittailplastics"

D 1746 — "Transparenczxry of[)lasti(!heec3=«tinj|

1.5. Outras

D 792 — "Specific grav^.vitymd èsirry çy ofcernem"

D 1895 — "Apparent dJL»_ensirí, bulfaoctctor jplastic matéria ials"

2. Propriedades químicas

D 581 — "Chemical resssistuce cdheiírmrmosin glass fiber reiércedstruuoxctunquid service'n ""Resistance cix>f plistics iich-teoemic"Rate of burri-nin|ind/«exi»{t»Gtentning to flexihoole plistics"'' Water absotrrptk of plttio esc: s""Determinat-iiionif weijlt : aicandplastics undei r» aderatdserrvdrvice;'' Determinig 7 pemnerfebos et oJ|"Rubber dettiterkioii- H Heallight discolor-ssatioiof lijk-ccoloolorèj"Outdoor weE^atttiing «Iplaas-ustics

Operating ligtand nteer-i:r- ex| l(carbon-arc tvjs^pcjbr ej|»suiireire of '

"Elevated terTraípcnure afing: u xisiq"DeterminiriA^g lijht dagee s in!aging appara-.otus'"Density of ss^mokfronks H • burisition of plas-.tatics'

D 543D 568

D 570D 756

D 794D 1148

D 1435D 1499

D 1870D 1920

D 2843 —

166ELOISA BIASOTTO MANO

D 2231D 2240D 2463

D 2632

D 3028

"Rubber properties by forced vibration""Rubber property — Durometer hardness""Drop impact resistance of blow-molded thermo-plastic containers""Rubber property — Resilience by vertical re-bound""Kinetic coefficient of friction of plastic film andsheeting"

1.2. Térmicas

C 177 — "Steady state heat flux measurements and thermaltransmission properties by means of the guarded-hot-plate apparatus"

C 351 — "Mean specific heat of thermal insulation"D 648 — "Deflexion temperature of plastics under flexural

load"D 696 — "Coefficient of linear thermal expansion of plas-

tics"D 2117 — "Melting point of semicrystalline polymers by the

hot-stage microscopy method"D 3418 — "Transition temperatures of polymers by thermal

analysis"D 4351 — "Measuring the thermal conductivity of plastics by

the evaporation calorimetric method"

1.3-- Elétricas

D 149 — "Dielectric breakdwon voltage and dielectricstrength of solid electrical insulating materiais atcommercial power frequencies"

D 150 — "A-C Loss characteristics and permittivity (dielec-tric constant) of solid electrical insulatingmateriais"

D 257 — "D-C Resistance or conductance of insulating ma-teriais"

D 495 — "High-voltage, low current, dry are resistance ofsolid electrical insulation"

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 167

1.4. Óticas

D 542 — "índex of refraction of transpa^nt organicplastics" ,

D 1003 — "Haze and luminous transmittance o> ltansparentplastics"

D 1746 — "Transparency of plastic sheeting"

a-

1.5. Outras

D 792 — "Specific gravity and density of plastP by displcement"

D 1895 — "Apparent density, bulk factor and p-°%ability ofplastic materiais"

2. Propriedades químicas

D 581 — "Chemical resistance of thermosettin^ *esins usedfor li-

of bur-

in glass fiber reinforced structures iiquid service"' 'Resistance of plastics to chemical r"Rate of burning and/or extent andning to flexible plastics""Water absorption of plastics""Determination of weight and shap£ ^hanges ofplastics under accelerated service concr ons

''Determinig permanent effect of heat.0*1 plastics''"Rubber deterioration — Heat anA Ultravioletlight discoloration of light-colored sur^ ^es

"Outdoor weathering of plastics""Operating light-and-water-exposur^. apparatus(carbon-arc type) for exposure of plasi^ J

"Elevated temperature aging using a ti/1 blar oyen""Determining light dosage in carboluarc lightaging apparatus"

D 2843 — "Density of smoke from the burning ^rdecompo-sition of plastics"

D 543D 568

D 570D 756

D 794D 1148

D 1435D 1499

D 1870D 1920

168 ELOISA BIASOTTO MANO

E 96 — "Water vapor transmission of materiais"G 23 — "Operating light- and water-exposure apparatus

(carbon-arc type) for exposure of nonmetallic mate-riais"

3. Propriedades físico-químicas

D 1434 — "Determining gás permeability characteristics ofplastic film and sheeting"

Capítulo 6

INTERCONVERSÃO DE UNIDADES DE MEDIDA

As unidades de medida legais no Brasil são aquelasdo Sistema Internacional de Unidades (SI), desde 1953. Pela Reso-lução n? 12/1988 do CONMETRO (Conselho Nacional de Metro-logia, Normalização e Qualidade Industrial), aprovada em 12.10.88, foi adotado um Quadro Geral de Unidades de Medida, en-contrado em folheto disponível no INMETRO, para aquisição pe-los interessados. Apesar de todos os esforços dedicados, a nível in-ternacional, à uniformização dessas unidades, é ainda muito vastaa heterogeneidade dos dados técnicos encontrados na literatura.Assim, torna-se essencial conhecer os fatores de interconversãodessas unidades, para que se possa entender o significado dos valo-res numéricos disponíveis e utilizá-los adequadamente. Com o ob-jetivo de colocar à disposição dos técnicos e pesquisadores uma sé-rie compacta de fatores de interconversão, foram preparadas tabe-las. Contêm as diferentes unidades mais encontradas nos textos re-lacionados a materiais de engenharia, com as fontes de coleta dedados devidamente referidas.

169

170

ELOISA BIASOTTO MANO

l. Comprimento — unidade SI: m (metro)

l gm (picometro) = 10"9 mmI A (Angstrom) = 10" ' nm = l O"4/«nl nm (nonametro) = 10"3 juml l^m (micrometro) = IO"3 mml mm (milímetro) = 10"3 ml cm (centímetro) = l O"2 ml dm (decímetro) = 10" ' ml m (metro) = 39,37 in = 3,281 ftl hm (hectometro) = IO2 ml km (quilómetro) = IO3 ml mil (mil) = 10"3 in = 2,54 x 10"' ml in (polegada) = 2,54 cml ft (pé) = 12 in = 30,48 cml yd (jarda) = 0,9144 m

2. Área — unidade SI: m2 (metro quadrado)

IO"7 mm

1,094 yd

IO3 in2 = 10,76 ft2l m2 (metro quadrado) = 1,55 x

l,196 yd2

l dam2 (decametro quadrado) = IO2 m2

l hm2 (hectometro quadrado) = IO4 m2 = l hal km2 (quilómetro quadrado) = IO6 m2l a (are) = IO2 m2

l ha (hectare) = l hm2

l acre = 4,047 x IO3 m2

l in2 (polegada quadrada) = 6,452 x IO"4 m2

l ft2 (pé quadrado) = 9,290 x 10"2 m2

l yd2 (jarda quadrada) = 0,8361 m2

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA171

3. Volume — unidade SI: m3 (metro cúbico)

yd3

l m3 (metro cúbico) = 6,103 x IO4 in3 = 35,31ft3 = 1,308

r r5 m3l in3 (polegada cúbica) = 1,639X 10l ft3 (pé cúbico) = 2,832 x 10"2 m3

l yd3 (jarda cúbica) = 0,7646 m3

l \*l(microlitro) = 10 3 mi = IO"6 íl mi (mililitro) = l cm3

l í (litro) = IO"3 m3 = 61,02 in3 = 0,03532 ft3

l m3 (metro cúbico) = IO3 t = 35,32 ft3

l in3 (polegada cúbica) = l ,639 x 10" 5 :l ft3 (pé cúbico) = 0,02832 m3 = 28,32 í = 7,481 US gall US gal (galão americano) = 231 in3 = 3,785 il British gal (galão inglês) = 1,201 US gal = 277,4 in3

l barril de petróleo americano = 42 US gal = 0,1590 m3

IO"5 m3 = 1,639x IO"2 i

4. Massa — unidade SI: kg (quilograma)

l pg (picograma) = 10" u gl jug (micrograma) = l y = 10"6 g = 10"3 mgl mg (miligrama) = 10" 3 gl g (grama) = 3,215 x 10"2 onça (troy)l kg (quilograma) = IO3 g = 2,2046 Ibl t (tonelada ou tonelada métrica) = IO3 kgl US short-ton = 2000 Ib = 9,072 x IO2 kgl US long-ton = 2240 Ib = 1,016 x IO3 kgl grain = 6,480 x IO"2 kgl dram (farmacêutico) = 3,888 gl onça (ounce-troy) = 28,35 gl Ib (libra) = 453,6 g

172 ELOISA BIASOTTO MANO

5. Força — unidade SI: N

l kgf (quilograma-força) = 9,807 N = 2,205 Ibfl N (newton) = IO5 dina = 0,1020 kgf = 0,2248 Ibfl dina = IO'5 Nl Ibf (libra-força) = 453,6 gf = 4,448 N

6. Velocidade — unidade SI: m/s

l km/h (quilómetro por hora) = 0,2778 m/s = 0,6214mi/h = 0,9113 ft/s

l mi/h (milha por hora) = 1,467 ft/s = 1,609 km/h =0,4470 m/s

l nó = 0,5144 m/s

7. Pressão — unidade SI: Pa

l Pa (pascal) = l N/m2 = 10 dina/cm2 = 9,869 x IO"6

atm = 2,089 x IO'2 lbf/ft2

l torr = l,333 x IO2 Pal bar = IO5 Pal atm (atmosfera) = 1,01325 x io5 Pa = 1,013 x IO6

dina/cm2 = I4,70psi = 760 mm Hg = 29,92 in Hg = 10,33 mH20 = 406, 8 inH 2 O = 33,9f tH 2O

l psi (libra/polegada quadrada) = 6,895 x IO3 Pa = 5,171cm Hg = 27,68inH2O

l mm Hg (milímetro de mercúrio) = 1,333 x IO2 Pa = ltorr

l in H, O polegada de água) = 2,491 x IO2 Pal kgf/mm2 (quilograma-força/milímetro quadrado) = 981

x l O' dina/cm2 = 1422 lbf/in2 = 10 MPa

POLÍMEROS COMO MATERIAIS DE ENGENHARIA 173

8. Energia — unidade SI: J

l erg = IO'7JIJ(joule) = l N - m = IO7 erg = 0,2389 cal = 0,7376 ff Ibf

= 9,481 x io-4BTUl cal (caloria termoquímica) = 4,1840 J = 3,087 ff Ibf =

3,968 x IO'3 BTUl kcal (quilocaloria) = IO3 call BTU (British thermal unit) = 0,293W'h = 1,055 x 103J

= 778 ff Ibfl kWh (quilowatt-hora) = 3,60 x ia6; = 3,60 MJ = 860

kcal = 3413 BTU

9. Potência — unidade SI: W

l W (watt) = l J/s = IO7 erg/s = 0,2389 cal/sl kW (quilowatt) = IO3 W = 737,6 ff M/s = 0,9483

BTU/s = 1,341 HPl HP (cavalo de força, caldeira) = 981 Wl HP (cavalo de força, elétrico) = 746 W = 550 ff Ibf/s =

3 3000 ff Ibf/minl cv (cavalo-vapor) = 736 W = 75 kgf-m/s

10. Temperatura — unidade SI: K

l K(kelvin) = 1°C = 1,8°F

11. Angulo — unidade SI: rad

l ° (grau angular) = 1,7453 rad = 60' = 3600"l rad (radiano) = 57,296°l'(minuto) = 2,909 x IO'4 rad = 60"l" (segundo) = 4,848 x IO"6 rad

174ELOISA BIASOTTO MANO

12. Massa específica — unidade SI: kg/m3

l g/cm3 = l g/ml = IO3 kg/m3 = 62,43 lb/ft3 = 0,036lb/in3

l lb/ft3 = 0,01602 g/cm3

13. Vazão — unidade SI: m3/s

1 gPm (galão/minuto) = 6,308 x lo-ínVs

14. Viscosidade — unidade SI: Pa-s

l poise = 10"' Pa-sl centipoise = 10~3 Pa-sl stoke = IO"4 m2/sl centistoke = l mm2/s

15. Momento dipolar — unidade SI: C-m

l D (debye) = 3,336 x IQ- 3° C-m (coulomb, metro)

16. Massa/comprimento de fio têxtil — unidade SI: kg/m

l denier = 1,111 x 10~ 4g/m

175

Bibliografia recomendada

— "Quadro Geral de Unidades de Medida", Resolução do CONME-TRO n? 12/1988, INMETRO, Duque de Caxias, 1989-

— "Unidades de Medida", Departamento de Imprensa Nacional,1969-

— R.P. Lukens — "Conversion Factors, Abbreviations and UnitSymbols", em H.F. Mark, N.M. Bikales, C.G. Overberger & G.Menges, "Encyclopedia of Polymer Science and Engineering", vol.l, John Wiley, New York, 1985, pág. xlvii.

— P.H. Perry & C.H. Chilton — "Chemical Engineers Handbook",McGraw-Hill, Tokyo, 1982, contra-capa.

— R.C. Weast — "Handbook of Chemistry and Physics", The Chemi-cal Rubber Co., Cleveland, 1972.