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MATERIAIS POLIMÉRICOS MÓDULO 1 - CONCEITOS E DEFINIÇÕES Adriano R. Kantoviscki Gerente de Engenharia de Produto Renault do Brasil S.A.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

MÓDULO 1 - CONCEITOS E DEFINIÇÕES

Adriano R. Kantoviscki

Gerente de Engenharia de Produto

Renault do Brasil S.A.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

0.0 – Conhecimentos Básicos de Química Geral + Química Orgânica

� Átomos

� Ligações Químicas

� Ligações Iônicas – Ligações Moleculares

� Moléculas

� Macromoléculas

� Tetravalência do Carbono

� Hidrocarbonetos

� Reações de Substituição (halogenação, etc)

� Reações de Eliminação

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Tabela Periódica

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Adriano KANTOVISCKI DATE: Mai/2011

MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.1 – DEFINIÇÃO CLÁSSICA

A palavra polímero é originada do grego, cujo significado é ’’muitas partes’’(poli: muitas, mero: partes).

Usualmente o termo “plástico” é utilizado para designar os materiais poliméricos. Todavia, seu uso de maneira genérica, não é apropriado.

Plástico significa:

� “capaz de ser moldado”.

Embora, os materiais assim designados, não tenham necessariamente essa propriedade, mas a apresentaram em algum momento de sua fabricação, quando então foram moldados.

Os polímeros são capazes de adquirirem condições plásticas,

por ação de calor e pressão.

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Adriano KANTOVISCKI DATE: Mai/2011

MATERIAIS POLIMÉRICOS

Quimicamente, os “POLÍMEROS” são:

� materiais naturais ou sintéticos,

� geralmente de origem orgânica,

� compostos por cadeias com altos pesos moleculares

Obtenção dos Polímeros:

���� São obtidos através de reações químicas de polimerização, que formam estruturas moleculares que consistem na repetição de pequenas unidades, chamadas meros.

���� O tamanho e a estrutura da molécula do polímero determinam as propriedades do material plástico.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.2- MATÉRIAS - PRIMAS FORMADORAS DOS POLÍMEROS:

Petróleo � fonte de Hidro Carbonetos (HC)

Carbono � metano; CO2

Gás Natural ( CH4 – metano )

� Outros...

Madeira � fonte de materiais pirolenhosos

Água

Ar � fonte de Oxigênio e Nitrogênio

Flúor

Sal Marinho � fonte de Cloro

Areia � fonte de sílica

Materias Naturais: celulose, lactose, algodão, milho, cana de açúcar, etc...)

� Cargas: ( talco, Carbonato de Cálcio, mica, fibra de vidro, etc...)

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Petróleo:É formado por muitos compostos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, sendo assim possível separá-los através de um processo conhecido como destilação ou craqueamento.

Indústrias Petroquímicas

Processamento químico

Ex: etileno

Polietileno

ReaReaçção de ão de PolimerizaPolimeriza ççãoão

Fração Nafta resultante do craqueamento

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Nafta, produto incolor extraído do petróleo e matéria-prima básica para a produção de plástico.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Exemplos de fontes de monômeros para obtenção de alguns polímeros sintéticos

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MATERIAIS POLIMÉRICOS1.3 - BREVE HISTÓRICO

ANO POLÍMERO� 1.862 Nitrato de Celulose - Parkesina� 1.870 Acetato de Celulose - Celulóide (CA)� 1.907 Fenol-Formaldeído - Baquelite (PF)� 1.930 Silicone (SI)� 1.932 Acrílico (PMMA)� 1.033 Poliestireno (PS)� 1.935 Náilon (PA)� 1.939 Polietileno (PE)� 1.940 Policloreto de Vinila (PVC)� 1.946 Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS)� 1.948 Poli Tetra Fluoretileno (PTFE)� 1.958 Policarbonato (PC)� 1.959 Polipropileno (PP)� 1.960 Polioximetileno ou Poliacetal (POM)� 1.964 Polioxifenileno (PPO)� 1.965... Outros Plásticos de Engenharia: PET, Blendas (PC/ABS, PU/PVC,

PA/PPO, PP/EPDM, etc)Plásticos Especiais: PPS, PI, PKI, PEEK, PAI, PEUHMW, etc...

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4- POLIMERIZAÇÃOOs polímeros são compostos por macromoléculas, obtidos através de reações de polimerização de compostos simples denominados “monômeros”.

Sendo que a unidade repetidora, mais simples dos polímeros denomina-se “mero”.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4.1- POLIMERIZAÇÃO - HOMOPOLÍMEROS

A repetição em longas cadeias, de uma mesma unidade repetidora (mero), origina os “homopolímeros”.

A + A + A + ..... + A -------------> A-A-A-.......- A

monômeros homopolímero

Ex: Polietileno (PE), polipropileno homopolímero (PP), poliestireno (PS), etc.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Monômero Unidade repetidora Polímero

(mero)

a) CH2 = CH2 - CH2 - CH2 - (- CH2 - CH2 -)neteno etileno polietileno

b) CH2 = CH - CH2 - CH – (- CH2 - CH –)n

CH3 CH3 CH3

propeno propileno polipropileno

O parâmetro “n” é definido como sendo o Grau de Polimerização do polímero, ou seja, o número de meros que constitui a macromolécula.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS1.4.2- COPOLÍMEROS

São formados pela repetição de dois ou mais meros distintos na molécula.

A + B + A + B + .....+ A ----------> A-B-A-B-......Ameros copolímero

Ex: Polipropileno copolímero(P/E); ABS, SAN, acrílico (PMMA), etc.

.... ( - CH2 – CH-)n1 .... ( - CH2-CH=CH-CH2-)n2... ( - CH2-CH- )n3

CN

acrilonitrila butadieno estireno

Nota:

Mistura física de 2 ou mais polímeros, sem qualquer reação química entre eles, para a obtenção de um produto final de características adequadas para otimizar a relação custo/eficiência do material, denomina-se Blenda Polimérica.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4.3- GRAU DE POLIMERIZAÇÃO (n)

Via de regra, maiores graus de polimerização asseguram melhores propriedades físicas do produto e, por isso, o objetivo da produção de polímeros para materiais plásticos será, em geral, o de obter os chamados alto polímeros.

Nos polímeros, o valor de “n”, normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades de etileno.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4.5- Processos de polimerização

Existem diversos processos para unir moléculas pequenas com outras para formar moléculas grandes. Sua classificação se baseia no mecanismo pelo qual se unem estruturas monômeras ou nas condições experimentais de reação.

Mecanismos de polimerização

A polimerização pode efetuar-se por distintos métodos, tais quais:

���� Polimerização por adição

���� Polimerização por condensação

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4.5.1- Polimerização por Adição

���� Os polímeros de adição obtêm-se a partir de monômeros que contêm uma ou várias duplas ligações.

� O resultado da polimerização de uma só classe de monômeros é um homopolímero. No caso em que se polimerizam juntos, dois monômeros distintos, obtém-se um copolímero.

� Formam polímeros com unidades repetitivas de fórmula molecular idêntica ao monômero de partida.

Exemplos de polímeros de adição: Polietileno; Polipropileno; PVC; Neoprene; Borracha natural; Borracha fria; Orlon; Teflon, etc

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Etapas polimerização por adição

• Iniciação: rompimento das ligações duplas.

• Propagação: início do processo de formação das cadeias poliméricas pelos pontos reativos.

• Término: eliminação dos pontos reativos, encerrando a polimerização.

Exemplo reação de adição

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.4.5.2- Polimerização por condensação

Polímeros formados através de uma reação de condensação, a partir de diferentes 2 tipos de monômeros, bi ou trifuncionais, com eliminação de uma molécula pequena, geralmente a água.

Monômeros bifuncionais: cadeias lineares

Monômeros trifuncionais: cadeias tridimensionais.

Exemplos de polímeros de condensação: Poliamidas; Poliésteres; Poliuretanos; etc.

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DICESAR BERALDI DATE: 02/03/2008 DIMat-A / POLIMEROS

MATERIAIS POLIMÉRICOS

Exemplo de condensação

Ácido tereftálico Etileno glicol

Tereftalato de etilenoglicol - poliéster

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

SÍNTESE

Polímeros de adição:

���� unidade estrutural = monômero.

���� reação em cadeia

Polímeros de condensação:

���� unidade estrutural ≠ monômero.

���� reação em etapas

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DICESAR BERALDI DATE: 02/03/2008 DIMat-A / POLIMEROS

MATERIAIS POLIMÉRICOS

Polimerização por Adição Polimerização por Condensação

Apenas o monômero e as espécies propagantes podem reagir entre si.

Quaisquer duas espécies moleculares presentes no sistema podem reagir.

A polimerização possui no mínimo 3 processos cinéticos.

A polimerização só possui um processo cinético.

A concentração do monômero decresce gradativamente durante a reação.

O monômero é todo consumido no início da reação, restando menos de 1% do monômero

ao fim da reação.

A velocidade da reação cresce com o tempo atéalcançar um valor máximo,na qual permanece

constante.

A velocidade da reação é máxima no início e decresce com o tempo.

Não há grupos funcionais ativos Grupos terminais perm anecem ativos.

Polímeros com um alto peso molecular se formam desde o início da reação, não se

modificando com o tempo.

Um longo tempo reacional é essencial para se obter um polímero com elevado peso

molecular, que cresce durante a reação.

A composição percentual do polímero é igual ao do mero que lhe dá origem.

A composição percentual do polímero édiferente do mero que lhe dá origem.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5 - CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS

1.5.1- Quanto à ocorrência:

Naturais � São polímeros que já existem normalmente na natureza.

Sintéticos ���� São polímeros fabricados pelo homem, a partir de moléculas simples.

CELULOSE

AMIDO

LÁTEX NATURAL

FIBRAS NATURAIS (algodão, seda, juta, etc.)

ÂMBAR

POLIETILENO

FIBRAS SINTÉTICA ( náilon, poliéster, rayon, etc.)

POLIPROPILENO

POLIAMIDAS

ACRÍLICO

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1.5.2- Quanto à natureza da cadeia:

� Polímero de cadeia homogênea -Quando o esqueleto da cadeia é formada apenas por átomos de carbono.

� Polímero de cadeia heterogênea -Quando no esqueleto da cadeia existem átomos diferentes de carbono (heteroátomos).

MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Polímeros de cadeia carbônica homogênea

Poliolefinas, Polímeros de dienos, Polímeros estirênicos, Polímeros vinílicos, Polímeros acrílicos, Polímeros de ésteres, Poli(fenol - formaldeído).

� Polímeros de cadeia heterogêneaDerivados das celulose; Poliéteres; Poliésteres; Policarbonato; Poliamidas; Poliuretanos; Aminoplásticos; Silicones

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.3- De Acordo Com A Estrutura Molecular:

� Linear - sem ramificações na cadeia principal (fig.1a);� Ramificada na cadeia linear básica (fig.1b) � Com ligações cruzadas (fig.1c)

� Reticulada (tridimensionalmente) ou em rede (fig.1d).

Muitas das propriedades físicas e químicas dos diferentes materiais plásticos, são atribuídas à sua estrutura. Assim, tanto para o fabricante como para os transformadores finais, é interessante que as propriedades dos materiais plásticos não sejam alteradas durante as fases do processo.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Polímeros lineares

Fig. 1a

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Polímeros ramificados

Fig. 1b

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

(fig.1c)

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Polímeros reticulado ou em rede

Fig. 1d

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.4- De Acordo com a Configuração Molecular:

���� Estereoisomeria

Polimeros Isostáticos

Polímeros Sindiotáticos

Polímeros Atáticos

���� Isomeria Geométrica

Polímeros Cis

Polímeros Trans

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Estereoisomeria� Polímero Tático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia

polimérica segundo certa ordem, ou seja, de maneira organizada.

Os polímeros táticos podem ainda ser:

Polímeros isotáticos: neles os monômeros distribuem-se ao longo da cadeia de tal modo que unidades sucessivas, após rotação e translação, podem ser exatamente superpostas.

Polímeros sindiotáticos: são aqueles nos quais a rotação e translação de uma unidade monomérica, em relação à seguinte, reproduz a imagem especular desta última.

� Polímero Atático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia polimérica ao caso, ou seja, de maneira desordenada.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Isotático

Sindiotático

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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Adriano KANTOVISCKI DATE: Mai/2011

MATERIAIS POLIMÉRICOS

trans isoprene

cis isopreneBorracha natural

Estruturas Básicas Isomerismo Geométrico

Isomeria Geométrica

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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Adriano KANTOVISCKI DATE: Mai/2011

MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.5- De Acordo com o Comportamento MecânicoAnalisado em relação à resistência à deformação sob a ação de esforços mecânicos, os polímeros dividem-se, em:

� Borrachas - apresentam módulos de elasticidade de 10 à 100 psi;

� Plásticos - com módulos de elasticidade de 1.000 à 10.000 psi;

� Fibras - com módulos de elasticidade de 100.000 à 1.000.000 psi.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Borrachas ou Elastômeros:

Polímeros que à temperatura ambiente podem ser deformados repetidamente, a pelomenos duas vezes o seu comprimento original. Retirado o esforço, deve voltar rapidamente ao tamanho original.

• Possuem cadeias flexíveis amarradas umas às outras com uma baixa densidade de ligação cruzada.

Extração do látex da seringueira Ex.: BV(borracha vulcanizada)

“Hevea brasiliensis”

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DICESAR BERALDI DATE: 02/03/2008 DIMat-A / POLIMEROS

MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Plásticos:

São materiais que contém, como componente principal, um polímero orgânico sintético e se caracterizam porque, embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado final, em alguns estágios a de seu processamento, tornam-se fluídos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou conjunta de calor e pressão. Esse ingrediente polimérico é chamado de resina sintética.

Podem ser classificados em:

• Termoplásticos e

• Termorrígidos (termofixos)

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Fibras:

Termoplástico orientado com a direção principal das cadeias poliméricas posicionadas paralelas ao sentido longitudinal. Deve satisfazer a condição geométrica do comprimento ser no mínimo cem vezes maior que o diâmetro (L/D > 100). Usados na forma fios finos.

• Ex.:fibras de PAN,nylons, Poliésteres (PET), etc.

Nanofibras

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.6 - De Acordo com o Comportamento Térmico:

Termoplásticos Termofixos

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Os termoplásticos caracterizam-se por, ao completar-se a polimerização, possuírem moléculas constituídas de cadeias predominantemente lineares, eventualmente apresentando ramificações.

• Polímeros que podem ser fundidos diversas vezes.• São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais. • As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Os termofixos, também chamados de termoestáveis, termorrígidos ou duroplastos, são materiais onde a polimerização ocorre em dois estágios:

� No fabricante das resinas: onde se produz um composto (cujas cadeias são lineares ou ramificadas) que ainda não é um polímero.

� No transformador: onde a polimerização se completa em um segundo estágio, por ocasião da moldagem, consequência da ação de calor e de um agente de cura, formando então as ligações cruzadas nas cadeias poliméricas.

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Adriano KANTOVISCKI DATE: Mai/2011

MATERIAIS POLIMÉRICOS

Termoestáveis ou termofixos:

• São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura.

• Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua reciclagem é complicada.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.6- De Acordo Com As Famílias:

� Plásticos Comuns� Plásticos de Engenharia� Plásticos Especiais

� Plásticos comuns: são aqueles produzidos e consumidos em larga escala, suas matérias-primas são baratas e seu custo de fabricação é baixo. Termoplásticos convencionais (commodities). Representam 90% da produção mundial

Ex: PEBD, PEAD, PP, ABS, PS, PVC, etc.

� Plásticos de engenharia: resinas com propriedades físicas e químicas diferenciadas e melhores. Como conseqüência, têm um custo consideravelmente mais alto em relação aos plásticos comuns.

Ex: Poliamidas ou náilons ( PPA 6/ 6.6/ 6.10/ 11 e 6.12 ), poliésteres ( PBT e PET ), poliacetal ( POM ), policarbonato ( PC ), etc.

� Plásticos especiais: materiais desenvolvidos recentemente, normalmente pesquisados para fins específicos, apresentando desta forma altos custos de fabricação.

Ex: polisulfeto de fenileno ( PS ), poliéter imida, etc.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

ALTA PERFORMANCE

ENGENHARIA

COMODITIES

TERMOFIXOS

ELASTÔMEROS

TERMOPLÁS-TICOS

FIBRAS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

1.5.7- De Acordo com o Grau de Organização Molecular:

Amorfos� Os materiais amorfos (fig. 3a) são caracterizados por um arranjo molecular

desordenado ou seja, não possuem uma organização estrutural entre as cadeias poliméricas.

Cristalinos� Já os materiais cristalinos (fig.3b) são caracterizados pela capacidade das moléculas,

ou de forma mais correta, dos segmentos das moléculas, formarem uma ordenaçãotridimensional, dando origem aos cristais.

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Fig.3a- Polímero com estrutura amorfa

Fig.3b- Polímero com estrutura cristalina

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Na prática, não existem materiais 100% amorfos, nem 100% cristalinos, isto devido, ao longo comprimento das moléculas.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Estas diferentes configurações afetam certas propriedades dos polímeros, especialmente a fusibilidade e a solubilidade.

� Os materiais cristalinos possuem um ponto de fusão muito bem definido, sendo que abaixo deste, ele seja um material impossível de ser injetado e, acima, torne-se um material fluído.

� Já os materiais amorfos apresentam uma faixa de fusão mais ampla e não fundem tão facilmente quanto os cristalinos no inicio do processo de amolecimento.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� As propriedades dos plásticos predominantemente amorfos são:

� estabilidade dimensional;

� baixa contração de moldagem;

� ótima resistência à fluência e

� transparência.

Ex: ABS, PS, PC, PMMA, etc.

� As Regiões amorfas contribuem principalmente, para conferir ao polímero:

���� flexibilidade,

� maciez e elasticidade.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� As propriedades dos plásticos predominantemente cristalinos, são:- ótima resistência química;- contração de moldagem alta;- apresentam pós-contração;- são higroscópicos;- maior tendência a deformações;- menor viscosidade no estado fundido.

Ex.: PE, PP, PVC, POM, PA, etc.

� Assim, quanto maior for a cristalinidade:� maior a densidade,

� maior a rigidez, � maior resistência mecânica,

�maior a resistência à solventes, � maior o ponto de amolecimento,

� menor a flexibilidade e maciez.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Tanto os materiais amorfos quanto os cristalinos apresentam uma estrutura amorfa quando fundidos;

� O resfriamento brusco durante o processo de moldagem faz com que o material seja “congelado” com as características do fundido, em geral, altamente desordenada.

� Desta forma, principalmente o material cristalino irá apresentar problemas posteriores, devido ao forte grau de tensionamentos, distorções e empenamentos, provocados pelo impedimento do processo de ordenamento molecular, durante o resfriamento.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Fibras

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

2.0- PROPRIEDADES DO MATERIAL NO PRODUTO ACABADO

� De maneira geral, propriedades podem ser definidas como sendo:

���� um conjunto de características apresentadas por um determinado material ou produto.

No caso de uma matéria-prima, suas propriedades estão relacionadas diretamente com sua estrutura molecular e a sua forma de obtenção, ou seja, quando modificamos a forma da cadeia molecular, ou o peso molecular, estamos alterando todas as propriedades do polímero. O mesmo ocorre quando há a introdução de algum tipo de aditivo.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� Em um produto temos a reunião de 3 propriedades que embora distintas, não podem ser analisadas separadamente:

1ª- Propriedades Intrínsecas

2ª- Propriedades de Processamento

3ª- Propriedades de Configuração ou do Produto

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

2.1.1 - Propriedades Intrínsecas

São aquelas próprias, inerentes do material:

� Calor especifico,

� Densidade,

� Viscosidade,

� Resistência química,

� Dureza,

� Flamabilidade,

� Peso molecular

� Grau de cristalinidade;

� Distribuição do peso molecular;

� Ramificações;

� Estéreo regularidade; etc ...

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

2.1.2- Propriedades de Processamento:

Aquelas que o polímero adquire devido ao seu processamento ou transformação, tais como:

� geometria,

� acabamento,

� contração.

Alguns dos fatores que podem alterar as propriedades do produto são:

� tensões residuais de injeção (pressão / velocidade / temperaturas baixas),

� degradação (temperaturas altas/ atrito),

� uso de aditivos como plastificantes, estabilizantes, absorvedores de U.V., etc.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

2.1.3 – Propriedades de Configuração ou do Produto

São aquelas que o material adquire devido a configuração (design) do produto, tais como:� tensões residuais,

� tensões de cisalhamento,

e todas constantes relativas à:

Nervuras;

Dobramentos;

vincos, etc....

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

2.2– Propriedades Gerais dos Plásticos

� baixo peso específico (leveza);

� baixa condutibilidade elétrica e térmica;

� resistência mecânica aceitável, porém menor que a dos metais;

� boa apresentação

� porosidade

� resistência a corrosão

� baixo ponto de fusão quando comparados aos metais e

� facilidade de moldagem e usinagem

� combustibilidade

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3- COMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS PLÁSTICOS

� Resina� Aditivos� Auxiliares de Processamento

� 3.1 – Resina

É o componente básico que confere as principais características, o nome e a classificação do material plástico.

� 3.2 – Aditivos

São materiais incorporados aos plásticos, com duas finalidades básicas: � modificar algumas de suas propriedades ou � barateá-los

Os aditivos devem ser estáveis, não tóxicos, não exudarem do polímero, não provocarem odores ou sabores (a menos que intencionalmente) não afetarem adversamente o polímero e serem de baixo custo.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

PRINCIPAIS ADITIVOS

� 3.2.1- Cargas

São materiais sólidos, que têm a finalidade básica de baixar o custo do polímero, podendo também, serem utilizadas com o intuito de modificar suas propriedades físicas (mecânicas, térmicas, elétricas).

As cargas podem ser:

� Partículas Inertes: Carbonato de cálcio, talco, micro esferas de vidro, etc.

� Reforçantes: fibra de vidro, elastômero com negro de fumo, etc.

� Borrachas: butadieno

� Fibras: serragem, algodão, papel, amianto, fibra de vidro, etc.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

CARGAS PARA TERMOPLÁSTICOS

Polímero Cargas

Polietileno CaCO3, sílica, talco, Al(OH)3, caulim

Polipopileno CaCO3, talco, mica e wollastonita

PVC CaCO3, caulim, barita, Al(OH)3

Poliestireno Talco, sílica

PET Fibra de Vidro, micro-esfera

Nylon Fibra de Vidro, Micro-esfera de vidro, mica, wollastonita

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.2- Acoplantes

Agentes de acoplamento são pontes moleculares, geralmente incorporadas a formulações de plásticos com o objetivo de facilitar a ligação dos polímeros com aditivos, principalmente quando estes se tratam de cargas inorgânicas. Há 2 tipos principais de acoplantes: os titanatos e os silanos, cada um com seu mecanismo e aplicações.

Os aditivos tratados com titanatos: carbonato de cálcio, talco, negro de fumo, pigmentos, e óxidos metálicos.

Os silanos entram na modificação de resinas com fibras de vidro, de resina com elastômeros contendo cargas minerais, sempre melhorando as propriedades mecânicas e elétricas.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.3- Estabilizantes

Sua função é aumentar a vida útil de uma resina ou de um produto acabado. Também podem ser usados para aumentar a estabilidade da resina no processamento(estabilizante de processo).

Os estabilizantes podem ser divididos em:

Anti-oxidantes, primários e secundários,

Foto estabilizantes ou anti-UV,

Desativadores de metais,

Captadores de ácidos

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Mecanismos de Fotodegradação

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.3.1- Antioxidantes

São substâncias incorporadas aos polímeros com a finalidade de:

� inibir a formação de radicais livres ou

� inibir as reações de propagação ou

� diminuir a velocidade das reações de oxidação.

As oxidações nos plásticos podem ser causadas pelos seguintes fatores:

- ambientes com atmosferas agressivas (vapores ácidos, peróxidos, umidade, calor, etc.);

- radiação de infravermelho (calor);

- radiação ultravioleta;

- radiações de alta energia (raios-X, radiação gama, etc.);

- decomposição em presença de metais (cobre), etc.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.5- Colorantes

Com a finalidade de melhorar acabamento dos polímeros, são empregados os agentes colorantes (corantes e /ou pigmentos), possibilitando a obtenção das mais variadas cores e efeitos nos polímeros.

Corantes: são substâncias solúveis nos polímeros (são transparentes).

Pigmentos: são substâncias insolúveis nos polímeros (são opacos).

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

Mecanismo de ação:

São usados para mudar o comprimento de onda de luz refletida ou transmitida por materiais acabados. Com isso,fazem com que o material adquira uma determinada cor ou aparência.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

� A percepção da cor, depende de vários fatores

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.6- Modificadores de impacto

São, de um modo geral, borrachas ou fases borrachosas introduzidas na massa polimérica para servir como absorvedores de impacto, aumentando assim a resistência ao impacto do material como um todo.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.7- Agentes de expansão ou espumantes

São produtos que geram gases durante o processamento provocando a expansão do material, ou seja reduzem a sua densidade, melhoram as suas propriedades dielétricas e de isolamento térmico e acústico.

Polímeros Expandidos em forma de espumas.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.7- Retardantes de chamaAumentam o tempo que um material polimérico leva para iniciar o seu processo de combustão ou tornam a propagação da chama mais lenta, depois que já se iniciou a combustão.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.8- Plastificantes

Suas funções principais:

� Melhoram a processabilidade e a flexibilidade de produtos acabados

� Reduzem a viscosidade do sistema aumentando a mobilidade das macromoléculas

� Provocam um deslocamento da Tg para temperaturas mais baixas

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.9- Lubrificantes

Utilizados para:

� Reduzir a viscosidade da massa polimérica durante o processamento reduzindo a fricção interna e externa.

� Diminuir a aderência do material fundido às paredes do equipamento e à rosca. Reduzindo a degradação mecânica por cisalhamento.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

3.2.10- Outros Tipos de Aditivos:

� Antiestáticos

� Agentes de Cura

� Biocidas

� Catalisadores

� Agentes nucleantes

� Supressores de Fumaça

� Agentes anti-fogging

� Aromatizantes...

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3.3- Auxiliares de ProcessamentoAo lado dos aditivos, destinados a aperfeiçoar as propriedades das resinas e dos produtos delas obtidos, há os chamados auxiliares ou adjuntos de processamento, cujo emprego visa à superação de limitações de moldagem ou extrusão dos materiais. Tais substâncias podem, entre outras propriedades:

� controlar a viscosidade da massa,

� facilitar a liberação das peças de seus respectivos moldes (desmoldantes),

� estabilizar emulsões ou prevenir adesividade.

São os principais representantes desta família são:

- desmoldantes,

- emulsificantes,

- lubrificantes (internos/ externos),

- antiaderentes e

- depressores de viscosidade.