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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
BRUNO ROCHA
JOÃO VITOR VELHOS
RICARDO WIDMAR
RODRIGO PORTINHO
POLÍMEROS
Porto Alegre
2010
2
BRUNO ROCHA
JOÃO VITOR VELHOS
RICARDO WIDMAR
RODRIGO PORTINHO
POLÍMEROS
Trabalho acadêmico apresentado como
requisito para obtenção do grau S, referente às
atividades de seminários na disciplina de Materiais da
Indústria Química da Pontifícia Universidade Católica
do Rio Grande do Sul.
Orientador: Me. José Nicoletti Filho
Porto Alegre
2010
3
Dedicamos este trabalho a todos
que de forma direta ou indireta se
fizeram de suma importância para a
conclusão do presente trabalho, o que
inclui Deus, nossas famílias e
perseverantes compartilhadores de
conhecimento.
4
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................6
2 CONCEITUAÇÃO E CLASSES DE MATERIAIS POLIMÉRICOS. 7
3 PROPRIEDADES FÍSICAS.............................................................8
3.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS......................................................8
3.1.1 Resistência à tração......................................................................9
3.1.2 Alongamento na ruptura.............................................................10
3.1.3 Módulo de elasticidade...............................................................10
3.1.4 Resistência à compressão..........................................................11
3.1.5 Resistência à flexão....................................................................11
3.1.6 Resistência ao impacto...............................................................11
3.1.7 Dureza...........................................................................................12
3.1.8 Resistência à fricção...................................................................12
3.1.9 Fluência........................................................................................12
3.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS.......................................................14
3.2.1 Calor específico...........................................................................14
3.2.2 Condutividade térmica................................................................14
3.2.3 Expansão térmica........................................................................14
3.2.4 Fusão cristalina...........................................................................15
3.2.5 Transição vítrea...........................................................................15
4 PROPRIEDADES QUÍMICAS.......................................................16
4.1 RESISTÊNCIA À OXIDAÇÃO........................................................16
4.2 RESISTÊNCIA À DEGRADAÇÃO TÉRMICA................................16
4.3 RESISTÊNCIA ÀS RADIAÇÕES ULTRAVIOLETA.......................17
4.4 RESISTÊNCIA A ÁCIDOS.............................................................17
4.5 RESISTÊNCIA A BASES...............................................................18
4.6 RESISTÊNCIA A SOLVENTES E REAGENTES...........................18
4.7 INFLAMABILIDADE.......................................................................19
5 EMPREGO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS.............................20
5.1 EMPREGOS GERAIS....................................................................20
5
5.2 EMPREGOS NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA......................21
6 CONCLUSÃO................................................................................26
REFERÊNCIAS.............................................................................27
ANEXO A - Artigo: polímeros e a indústria automobilística...........28
6
1 INTRODUÇÃO
Desde a descoberta do primeiro polímero, a baquelite, em 1910, o
número de materiais poliméricos existentes cresceu vertiginosamente, estando
presente em vários aspectos do dia-dia. Sacolas plásticas, cabos de panela,
garrafas de refrigerante e peças de automóveis são feitos de plástico.
Alguns polímeros apresentam propriedades mecânicas equivalentes às
do aço, sendo utilizados em situações nas quais seja necessária alta
resistência aliada a um baixo peso. Um exemplo disso é a indústria
automobilística. Como será mostrado no artigo em anexo, fez-se necessária a
utilização de materiais mais leves para reduzir o consumo de combustíveis
fósseis. Além disso, a utilização de materiais poliméricos na construção de
veículos colabora para o aumento da segurança dos mesmos em colisões,
visto que o veículo absorve muito mais da força do impacto, transmitindo uma
parcela muito menor ao passageiro.
O presente trabalho abordará aspectos básicos sobre os materiais
poliméricos, em especial os plásticos, tais como: classificação, propriedades
físicas, térmicas e químicas, assim como suas aplicações na indústria.
7
2 CONCEITUAÇÃO E CLASSES DE MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polímero pode ser definido como uma macromolécula constituída de
unidades de repetição ditas meros, que se unem entre si por meio de ligações
covalentes. Os materiais poliméricos constituem o único grupo de materiais
não-metálicos utilizados em equipamentos de processo, o que revela a sua
importância. Além disso, no ramo automobilístico, alguns polímeros tem se
mostrado vantajosos em relação aos materiais metálicos que eram até então
utilizados, possibilitando, além de maior flexibilidade e economia, uma redução
do consumo de combustível em razão a relativa menor densidade polimérica.
Dentre os materiais poliméricos, percebem-se 3 classes principais:
materiais plásticos termoplásticos;
materiais plásticos termofixos, termorrígidos ou termoestáveis;
elastômeros.
Nos materiais termoplásticos, o aquecimento provoca uma diminuição
progressiva das forças de atração inter-moleculares, o que se reflete no
amolecimento gradual desses materiais à medida que a temperatura aumenta
até a sua fusão. O interessante é que as propriedades dos termoplásticos
conservam-se mesmo após o seu amolecimento, o que permite que ele seja
reaproveitado várias vezes. Além disso, com o aumento da cadeia polimérica
nos termoplásticos, verifica-se um consequente aumento da resistência
mecânica e da facilidade de conformação.
Já nos materiais termofixos, o aquecimento irá gerar as ditas reações de
cura, em que se verifica a formação de ligações cruzadas entre as suas
cadeias. Observa-se, então, que os termofixos são insolúveis e infusíveis, uma
vez que o reaquecimento destes materiais ocasiona a quebra das ligações
moleculares ramificadas e a consequente degradação polimérica. Em relação
aos termoplásticos, os termofixos apresentam maior resistência à temperatura
e melhor estabilidade dimensional em virtude de suas ligações cruzadas.
Por fim, os elastômeros, também ditos borrachas, constituem materiais
elásticos a temperatura ambiente, os quais são resultado de ligações
reticuladas entre as cadeias.
Em relação ao custo dos materiais poliméricos, são mais caros do que o
aço-carbono comum, porém muito mais baratos do que os aços inoxidáveis.
8
3 PROPRIEDADES FÍSICAS
Uma propriedade física é segundo um entendimento inicial, uma
propriedade geral, ou seja, que não está ligada ao nível molecular dos
materiais. Uma propriedade física tem a característica de poder ser avaliada
sem que a composição ou integridade da substância respectiva seja afetada.
Dentre elas se incluem as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e
ópticas. Neste trabalho abordaremos apenas as propriedades mecânicas e
térmicas.
3.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS
Dentre as propriedades mecânicas encontramos todas as propriedades
que determinam a resposta dos materiais às influencias mecânicas externas.
As propriedades mecânicas são determinadas por ensaios rotineiros de
amostras selecionadas como sendo representativas do produto, mostrando
como, por exemplo, a capacidade desses materiais desenvolverem
deformações reversíveis e irreversíveis, e resistirem à fratura frágil.
Aqui iremos abordar apenas algumas das propriedades mecânicas mais
importantes: resistência a tração, alongamento na ruptura, modulo de
elasticidade, resistência a compressão, resistência a flexão, resistência ao
impacto, dureza e resistência a fricção.
Em geral, verifica-se a existência de três diferentes comportamentos de
tensão-deformação para os polímeros, conforme pode ser verificado no gráfico
a seguir:
9
Figura 1 - Comportamento tensão-deformação para diferentes classes de materiais
poliméricos
A curva (a) ilustra o comportamento tensão-deformação apresentado por
um polímero frágil, mostrando que este sofre fratura enquanto se deforma
elasticamente. O comportamento apresentado pelo material plástico, curva (c),
é semelhante àquele encontrado para muitos materiais metálicos; a
deformação inicial é elástica, a qual é seguida por escoamento e por uma
região de deformação plástica. Finalmente, a deformação apresentada pela
curva (d) é totalmente elástica; essa elasticidade, típica da borracha (grandes
deformações recuperáveis são produzidas, mesmo sob pequenos níveis de
tensão), é apresentada por uma classe de polímeros conhecida como
elastômeros.
3.1.1 Resistência à tração
A resistência a tração ou tenacidade, geralmente é medida através de
um ensaio de tração, onde um corpo de prova é submetido a um esforço que
tende a alongá-lo ou esticá-lo até a sua ruptura. O ensaio é normalmente
realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que
os resultados obtidos possam ser comparados ou, se necessário, reproduzidos.
10
Este é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes na sua
direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes. Os esforços ou
cargas são mensurados na própria máquina, e, esporadicamente, o ensaio
ocorre até a ruptura do material.
Os polímeros têm valores de resistência à tração muito baixa (menores
que 10 kgf/mm²) se comparados aos metais, que apresentam resistências
muito elevadas (até 100 kgf/mm²).
3.1.2 Alongamento na ruptura
O alongamento na ruptura representa o aumento percentual do
comprimento do corpo de prova sob tração, no momento da ruptura. Polímeros,
no geral, apresentam um alto percentual de alongamento na ruptura (até
900%).
O elevado alongamento na ruptura é uma das vantagens dos polímeros
sobre os materiais metálicos e cerâmicos, onde o percentual de alongamento é
muito pequeno, não passando de algumas unidades.
O método usado para determinar o alongamento na ruptura é o mesmo
utilizado no ensaio de resistência a tração (comentado no tópico anterior).
3.1.3 Módulo de elasticidade
O modulo de elasticidade é estimado através da razão entre a tensão e
a deformação, dentro do limite elástico, em que a deformação é totalmente
reversível, e proporcional a tensão. Também conhecido como módulo de
Young, e se aplica tanto a tração quanto a compressão, referindo-se à área
transversal no início do ensaio. Os polímeros de alta cristalinidade, ou aqueles
que apresentam estruturas rígidas aromáticas, ou ainda os polímeros
reticulados, revelam módulos de elasticidade mais elevados. Os módulos dos
polímeros em geral não excedem 500 kgf/mm², enquanto que, para as fibras
podem atingir 1500 kgf/mm².
11
3.1.4 Resistência à compressão
Nos testes de resistência à compressão é determinada a força, a uma
velocidade de deformação constante, necessária para comprimir ou romper um
corpo de prova colocado entre duas placas paralelas controladas. As resinas
termorrígidas apresentam uma superioridade sobre as termoplásticas na
resistência a compressão, porém ainda muito inferior à dos materiais de
engenharia convencional.
3.1.5 Resistência à flexão
A resistência à expressa a tensão máxima aplicada na superfície de uma
barra quando a mesma esta sendo sujeita a um dobramento. A resistência a
flexão é usada com materiais rígidos, isto é, aqueles que não vergam
excessivamente sob a ação da carga.
3.1.6 Resistência ao impacto
A capacidade de um determinado material absorver energia do impacto
esta relacionada com a sua resistência e ductilidade. O ensaio de resistência
ao choque da informações sobre a capacidade do material absorver e dissipar
essa energia. Como resultado do ensaio de choque obtém-se a energia
absorvida pelo material até sua fratura, caracterizando assim o comportamento
dúctil-frágil.
O ensaio de resistência ao choque caracteriza o comportamento dos
materiais quanto à transição do comportamento dúctil para frágil em função da
temperatura.
São frágeis à baixas temperaturas porque a rotação dos átomos na
molécula requer energia térmica. A maioria dos polímeros apresenta transição
dúctil-frágil que é geralmente abaixo da ambiente.
12
3.1.7 Dureza
É uma propriedade mecânica relacionada à resistência que um material,
quando pressionado por outro material ou por marcadores padronizados,
apresenta ao risco ou à formação de uma marca permanente. A dureza
depende diretamente das forças de ligação entre os átomos, íons ou moléculas
e do estado do material (processo de fabricação, tratamento térmico, etc.). Os
materiais poliméricos são menos duros do que os materiais cerâmicos, vítreos
e metálicos.
3.1.8 Resistência à fricção
A resistência a fricção, ou resistência ao deslizamento, é uma
propriedade importante para os materiais de engenharia. A força friccional se
opõe à força de deslizamento, e depende do acabamento da superfície do
material. Pode ser representada pelo coeficiente de atrito, que é a razão entre
a força de fricção e a carga aplicada normalmente à superfície de duas placas
superpostas entre as quais se desenvolve o atrito. Para a maioria dos plásticos,
o valor desse coeficiente esta entre 0,2 e 0,8. O politetraflúor-etileno é o único
a exibir um coeficiente de fricção excepcionalmente baixo (abaixo de 0,02) em
quase todas as composições, independente da adição, ou não, de lubrificante.
As borrachas macias têm coeficiente de fricção excepcionalmente alto (4 ou
mais). A resistência a fricção é uma grandeza adimensional.
3.1.9 Fluência
O fenômeno dito fluência pode ser definido como a variação da
deformação com o tempo para uma tensão constante aplicada; este fenômeno
é observado a altas temperaturas.
Em temperaturas altas, os polímeros termoplásticos diferem dos
termofixos, já que nos termoplásticos, as forças intermoleculares são
13
superadas. Além disso, os materiais termofixos, com o término da
polimerização, podem perder resistência ao serem expostos em temperaturas
altas, em virtude da ocorrência de degradação. Um efeito crítico em relação ao
aumento da temperatura é o aumento da velocidade das reações químicas,
adjunto à perda de resistência mecânica. Essa temperatura está abaixo do
ponto de fusão dos polímeros termoplásticos e corresponde ao começo de
degradação dos polímeros termofixos.
Verifica-se, em geral, uma diminuição da resistência à tração e melhora
da ductilidade dos materiais poliméricos à medida que a temperatura é
aumentada, o que pode ser melhor visualizado no gráfico a seguir:
Figura 2 - Mudança de comportamento dos polímeros com a variação da temperatura
Observando-se a Figura 2, percebe-se que, com o resfriamento, a
transição vítrea corresponde a uma transformação gradual de um líquido em
um material com as características de uma borracha e, finalmente, em um
sólido rígido.
14
3.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS
As propriedades térmicas são avaliadas em função do fornecimento ou
remoção de energia térmica (calor) a um determinado material.
3.2.1 Calor específico
Pode definir-se calor específico como sendo a quantidade de energia
térmica necessária para elevar de 1 °C a unidade de massa do material. Os
plásticos apresentam valores de calor específico entre 0,2 e 0,5 cal/g°C (a
água apresenta um calor específico de 1,0 cal/g°C, enquanto os metais
apresentam calor específico abaixo de 0,1 cal/g°C), devido em parte à
mobilidade dos segmentos moleculares.
3.2.2 Condutividade térmica
Defini-se condutividade térmica como a quantidade de calor transmitida
através de uma espessura, numa direcção normal à superfície de área, devido
a uma variação de temperatura. Ao contrário dos metais, os polímeros são
típicos maus condutores de calor, tendo uma condutividade térmica baixa.
3.2.3 Expansão térmica
À medida que um material é aquecido, suas partículas (átomos ou
moléculas) vibram mais rapidamente, fazendo com que o mesmo se expanda e
aumente seu volume. A expansão térmica é a propriedade que mede o volume
adicional para acomodar as partículas. Materiais poliméricos expandem
bastante com o aumento da temperatura, apesar de existirem algumas
exceções, como o PET.
15
3.2.4 Fusão cristalina
Ao fundirem, os polímeros apresentam-se como uma massa irregular,
com suas cadeias emaranhadas. Essa massa, ao solidificar, forma regiões com
estruturas parcialmente ordenadas, cristalinas, e, geralmente, lamelares. Na
temperatura de fusão cristalina, essas regiões desagregam e fundem. A
maioria dos polímeros apresenta temperatura de fusão cristalina baixa quando
comparados a metais e cerâmicos. Polímeros cristalinos apresentam
temperatura de fusão cristalina alta em relação a polímeros amorfos.
3.2.5 Transição vítrea
A partir de certa temperatura os polímeros apresentam a transição
vítrea. Este fenômeno está associado a materiais que possuem
macromoléculas e estruturas amorfas (em pelo menos alguma região). A
transição vítrea é definida como a diminuição da mobilidade das cadeias
moleculares a partir de certa temperatura, tornando o sólido mais rígido. Um
exemplo prático da transição vítrea pode ser observado em certas gomas de
mascar (formadas pelo polímero PVA). O polímero PVA é rígido a temperatura
ambiente, porém, quando posto na boca, ele se torna macio e flexível, isso
mostra que a temperatura da boca humana corresponde à temperatura de
transição vítrea do PVA.
16
4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
Dentre as principais propriedades químicas entre os polímeros estão as
diretamente relacionadas com suas aplicações, tais como: resistência à
oxidação, ao calor, à radiação ultravioleta, à água, a ácidos e bases, a
solventes e a reagentes químicos.
4.1 RESISTÊNCIA À OXIDAÇÃO
Esta é uma propriedade muito importante nos materiais poliméricos.
Esta resistência é mais encontrada nas macromoléculas saturadas, como por
exemplo, as das poliolefinas (polietileno, por exemplo). Nos polímeros
insaturados, mais comumente nos elastômeros, esta oxidação pode ocorrer
através das insaturações, com a quebra das mesmas. Isto causa o rompimento
das cadeias, diminuindo seu tamanho, causando a conseqüente diminuição na
resistência mecânica do polímero. Outro fator causador da diminuição da
resistência à oxidação é a presença de átomos de carbono terciário na cadeia,
sendo essa tanto saturada quanto insaturada.
É importante salientar o ataque químico das moléculas pelo ar, sendo
mais pronunciado na presença de ozônio, formado por centelhas elétricas nas
imediações de tomadas, por exemplo.
4.2 RESISTÊNCIA À DEGRADAÇÃO TÉRMICA
A exposição ao calor em presença de ar é o maior causador de
degradação entre os polímeros, dependendo da estrutura do polímero,
envolvendo reações químicas às vezes bastante complexas. Estas reações
ocorrem pela formação de radicais livres na molécula, frequentemente com a
ação do oxigênio, pela quebra das ligações covalentes nas cadeias insaturadas
ou que contenham carbonos terciários. Nestes pontos da macromolécula
ocorre mais facilmente a formação de hidroperóxidos, de rápida decomposição,
que causam o rompimento das ligações covalentes carbono-carbono. E
17
conjunto com a alteração das propriedades, é comum ocorrer mudança de
coloração da peça, pela oxidação.
Os polímeros clorados são mais sensíveis à degradação térmica durante
o processamento, devido à fragilidade das ligações carbono-cloro, quês são de
fácil ruptura.
4.3 RESISTÊNCIA ÀS RADIAÇÕES ULTRAVIOLETA
As cadeias poliméricas insaturadas apresentam baixa resistência às
radiações ultravioleta, que são absorvidas, causando a formação de radicais
livres, os quais atuam de forma semelhante aos formados no processo de
degradação térmica. O principal causador deste efeito é a exposição dos
plásticos à luz solar direta. Esta exposição prolongada causa, por exemplo, o
aparecimento de fissuras e rachaduras, com a fragmentação do polipropileno
(PP) ou do polietileno de baixa densidade (PEBD).
A exposição às radiações ultravioletas também pode causar alteração
nas propriedades mecânicas pelo enrijecimento do material, devido à formação
de ligações cruzadas.
4.4 RESISTÊNCIA A ÁCIDOS
Em geral, o contato de materiais poliméricos com ácidos, mesmo em
meio aquoso, pode causar a destruição das moléculas poliméricas se nelas
existirem grupamentos sensíveis à reação de ácidos. Por exemplo, as resinas
melamínicas e os produtos celulósicos sofrem alteração em meio ácido,
mesmo quando diluído.
18
4.5 RESISTÊNCIA A BASES
As soluções alcalinas, usualmente em meios aquosos, costumam ser
bastante agressivas a polímeros que apresentem certos grupamentos, como
grupos carboxila, hidroxila fenólica e ésteres, usualmente ácidos. Portanto, as
resinas fenólicas e epoxídicas, assim como os poliésteres insaturados, são
facilmente atacadas por produtos alcalinos.
4.6 RESISTÊNCIA A SOLVENTES E REAGENTES
O principal fator do qual depende a solubilidade é a interação entre as
moléculas do soluto e do solvente. Quando as moléculas do solvente são mais
afins com as do polímero do que com as próprias, pode ocorrer a sua
penetração entre as cadeias macromoleculares, gerando interações físico-
químicas. Outras formas de interação intermolecular, como ligações hidrogênio,
ligações dipolo-dipolo, ou até mesmo forças de Van der Waals, permitem a
dissolução dos polímeros.
Os polímeros pouco polares possuem afinidade maior com solventes
pouco polares, assim como polímeros polares apresentam maior afinidade com
solventes polares. Quando as moléculas do polímero apresentam maior
afinidade entre si do que com o solvente, não se dissolvem.
Quando a macromolécula é muito cristalina, ocorre a diminuição da
solubilidade do material, pois os cristalitos dificultam a penetração dos
solventes. Se o polímero tem estrutura reticulada, adquirida após a cura, a
macromolécula torna-se gigantesca e a dispersão molecular se torna
impossível.
A existência de estrutura aromática ou saturada aumenta a resistência a
solventes e reagentes.
19
4.7 INFLAMABILIDADE
A inflamabilidade é uma propriedade muito importante, pois à medida
que é aquecido o material sofre progressivas transformações, primeiramente
físicas, depois químicas, culminando com a decomposição total do material em
produtos voláteis.
Os materiais poliméricos apresentam comportamento diferente dos
materiais clássicos de engenharia. Se o polímero contiver aditivos minerais,
como óxido de titânio e caulim, a combustão total deixa cinzas, nas quais se
encontram aqueles aditivos.
Em outros materiais de engenharia, como cerâmicas, vidros e metais,
não ocorre essa combustão. A facilidade de queima é uma grande
desvantagem dos polímeros orgânicos.
Conforme as características químicas do polímero há uma facilidade
maior ou menor de queima. Aqueles de fácil decomposição, como nitrato de
celulose, queimam tão rapidamente que nem permitem a quantificação da sua
inflamabilidade. Já os polímeros termofixos, como as resinas fenólicas, são de
mais difícil combustão, e por isso utilizado em peças para instalações elétricas.
Quando o polímero apresenta anéis aromáticos e ausência de cadeias
parafínicas, há um grande retardamento na inflamabilidade, sem manutenção
da chama: forma-se um resíduo negro, grafítico, e com pouca liberação de
fumaça. A existência de grupos éster favorece a liberação de dióxido de
carbono por aquecimento, causando o auto-retardamento da chama.
20
5 EMPREGO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
No nosso dia-a-dia podemos observar o uso de materiais plásticos nas
mais diversas situações, como, por exemplo, nos revestimentos de
componentes eletrônicos, decorativos, odontológicos, higiênicos, alimentícios
etc., ou em brinquedos. Porém, o presente trabalho almeja evidenciar o uso
destes materiais na indústria, onde há a concorrência de emprego
principalmente com os materiais metálicos.
5.1 EMPREGOS GERAIS
Tendo em vista as suas propriedades gerais, os materiais poliméricos
são geralmente utilizados para temperaturas ambiente e moderada, em
situações em que não estejam sob altos esforços mecânicos e em empregos
onde se necessite alta resistência à corrosão, bem como em quando não se
deseje a contaminação do fluido do processo. Por outro lado, o uso destes
materiais não é recomendado em situações em que a sua deterioração por
ação de possíveis incêndios ou vigência de altas temperaturas possa causar
acidentes, como em tubulações de incêndio ou superfícies de troca de calor,
por exemplo.
Os materiais plásticos, em geral, são tipicamente usados para as
tubulações de esgotos e de despejos industriais, além de terem emprego em
dutos para gases e vapores.
Utilizam-se em grande escala os materiais termoplásticos para
tubulações com diâmetros de até 1,20 m e em revestimentos anticorrosivos
para chapas de aço em vasos, tanques de armazenagem e interior dos tubos.
Os termoplásticos de maior rigidez também têm emprego para a construção de
tanques e vasos pequenos sem notável pressão e para peças internas de
vasos em geral.
Quanto aos materiais termofixos, estes têm uso para tubos de qualquer
diâmetro, tanques e vasos sem pressão expressiva, vasos de pressão de
dimensões medianas, peças internas de vasos e para revestimentos
anticorrosivos.
21
Segundo a norma ASME (American Society Of Mechanical Engineers)
sobre caldeiras e vasos de pressão, em sua Seção X, é possível o uso dos
termofixos epóxi e poliéster (reforçados com fibras de vidro e sob determinadas
limitações) em vasos de pressão. Verifica-se, também, que tanto
termoplásticos quanto termofixos podem ser utilizados para tubulações,
segundo a norma ASME B.31.3, Categoria D.
Por terem propriedades elásticas, por serem resistentes à corrosão e à
abrasão e por possuírem elevadas resistências térmicas e elétricas, os
elastômeros são bastante empregados industrialmente. Estes, então, são
utilizados como materiais de revestimento interno anticorrosivo de baixo custo
e para fabricação de várias peças, tais como juntas, gaxetas, anéis de
vedação, diafragmas e mangueiras flexíveis, elementos amortecedores de
impacto etc.
5.2 EMPREGOS NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA
Nos últimos anos, verifica-se um crescimento cada vez maior da
substituição de materiais tradicionais por materiais plásticos no que tange à
indústria automobilística. Os fatores que mais contribuíram para isto revelam-se
na busca por reduções no consumo de combustíveis e consequente redução
na emissão de poluentes – o que é justificado pela ascensão da preocupação
com o meio ambiente –, por alternativas de se conseguir maior segurança aos
envolvidos em acidentes – ampliação da absorção de energia do impacto – e
por elevações nos níveis de exigência de conforto e aparência. Sob parâmetros
quantitativos, sabe-se que na década de 70 eram utilizados em média 30 quilos
de materiais plásticos por veículo, enquanto na década de 90, este número
subiu para notáveis 180 quilos, havendo ainda uma tendência de crescimento
deste número nos próximos anos.
A principal vantagem da utilização do plástico neste setor deve-se à
economia, o que abrange tanto a redução do consumo de combustível quanto
a de investimentos em produção. O seu uso ainda possibilita a utilização de
formas menos tradicionais quanto a design e o aprimoramento da segurança.
22
Para uma interpretação mais direta e dinâmica de quais e de onde
especificamente os materiais poliméricos estão sendo empregados na indústria
automobilística, tem-se a tabela abaixo:
Tabela 1 - Principais polímeros utilizados na indústria automobilística
POLÍMERO PRINCIPAIS PROPRIEDADES APLICAÇÕES
Polietileno dealta densidade(HDPE)
Resistência a calorResistência a solventesBaixa permeabilidadeBoa processabilidadeBaixo custo
Bombona de reserva; Caixa do triângulo de emergência; Proteção anticascalho; Reservatório de água do pára-brisa; Sistema de distribuição decombustível; Tanque de combustível;
Polipropileno(PP) e suascomposições
Alta resistência química e a solventesBoa estabilidade dimensionalFlexibilidadeDurabilidadeBaixos custosExcelente balanço impacto/rigidezBoa resistência às intempériesBoa resistência a riscos
Bandeja traseira (sobre o porta-malas); Caixa da bateria; Caixa de calefação; Caixa de ferramentas; Caixa de primeiros socorros; Caixa do cinto de segurança; Caixa do retrovisor interno; Caixa elétrica central; Calotas; Carpetes; Cobertura da bateria (proteção da parte superior, prevenção contra curto-circuito); Cobertura do volante; Cobertura dos amortecedores; Conduto de aspiração de ar; Condutos de ar; Condutos de ar; Conjunto de regulagem dos bancos; Console; Corpo do filtro de ar; Depósito de expansão da água de refrigeração do motor; Depósito do fluido de freio; Empunhadura do freio de mão; Estribo de acesso das portas; Frisos laterais; Grades de circulação de ar; Inserto (alma) do encosto de cabeça; Inserto (alma) do quebra-sol; Inserto do descansa braço; Painéis das portas; Painel de instrumentos; Pára-choques; Porta-cassetes; Porta-luvas; Proteção da borda dos pára-lamas; Proteção da correia dentada; Proteção do ventilador do radiador; Revestimento da coluna de direção; Revestimento das colunas;Revestimento do marco da porta; Revestimento do porta-malas;Revestimento do teto (interno); Revestimento dos bancos; Revestimento interior dos pára-lamas; Revestimento interior traseiro; Revestimento lateral do teto (interno); Spoiler traseiro (porta-malas); Spoiler traseiro (teto); Tampas da bateria; Ventilador
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Poli(óxido demetileno)(POM)e seuscopolímeros
Excelente estabilidade dimensional;Baixa absorção de águaResistência à fricçãoAlta resistência à fadiga
Movimentação dos vidros das portas; Manivela de movimentação dosvidros das portas; Guia dos vidros das portas; Engrenagens do motoredutor do sistema de movimentação dos vidros das portas; Limpadores de pára-brisa; Engrenagens do motoredutor do sistema de acionamento do limpador; Cintos de segurança; Ancoragem do cinto de segurança na coluna do veículo; Dispositivo de retração; Espelhos retrovisores; Coxim e elementos deslizantes; Carcaça e engrenagens do motoredutor do sistema de movimentação do espelho; Suporte do espelho retrovisor; Fechaduras; Carcaça do mecanismo de fechamento; Corpo de fechamento da tampa do porta malas; Engrenagens do sistema de fechamento centralizado; Circuito de combustível; Bóia do carburador; Carcaça do filtro de combustível; Componentes da bomba de combustível; Gargalo de alimentação do combustível; Tampa do gargalo de alimentação de combustível; Válvula anti-retorno de combustívelExteriorAlavanca da abertura das portas; Grampos para instalação dos frisoslaterais; Guias de movimentação do teto solar; Parte dos pára-choquesInteriorAlavanca de rebatimento do encosto dos bancos dianteiros (veículos de 2portas); Alavanca de abertura da tampa do porta malas; Alavancas decomando dos limpadores de pára-brisa e das setas; Guia de deslocamentodos bancos; Manivela de regulagem de posição do encosto dos bancos;Suporte do quebra-solSuporte do encosto de cabeça; Tampa dos alto-falantes; Sistemas defrenagem, transmissão, amortecimento e direção; Elemento deregulagem dos faróis; Elementos deslizantes da coluna de direção;Engrenagens do sistema de embreagem; Suporte da alavanca dasmarchas; Terminais do chicote de cabos; Válvula do servofreio; Sistemade calefação; Alavancas de regulagem; Engrenagens dos comandos dosistema de calefaçãoOutrosManivela de movimentação do teto solar; Partes do macaco para elevaçãodo veículo; Pistão do sistema de
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transmissão hidráulica; Rotor da bomba d’água; Terminal do cabo de embreagem
PolímerosfluoradosPolitetrafluoroetileno(PTFE) e suascomposições
Alta resistência térmicaResistência a óleoResistência a agentes químicos
Bomba de combustível elétrica; Elemento deslizante do amortecedor;Elemento deslizante do freio; Guia do pistão do amortecedor; Indicador dedesgaste de freio
Poli(teleftalatode butileno)(PBT)Poli(teleftalatode butileno) dealto impacto(PBT-HI)
Boa resistência mecânicaBoa resistência térmicaBoa estabilidade dimensionalBaixa absorção de águaIsolamento elétrico
Ancoragem dos retrovisores laterais; Caixa de conectores do sistemaelétrico; Calota; Carcaça da bomba do circuito de água para o pára-brisa;Carcaça do motoredutor do sistema de movimentação dos vidros; Carcaça do motoredutor dos limpadores de pára-brisa; Carcaça do sistema de ignição (distribuidor); Carcaça dos faróis; Cinzeiros; Comando do sistema de movimentação dos vidros; Conectores;Elementos de regulagem dos faróis; Estojo de fusível; Grades; Palhetas dos limpadores de pára-brisa; Pára-lama; Pistão do servofreio; Porta-escovas de motores elétricos; Relés; Suporte do regulador dos retrovisores laterais; Tampa do air-bag
Polímeros delíquidocristalinos(LCP)
Resistência ao calorAuto-retardante de chamaBaixa absorção de águaAlta resistência mecânicaExcelente resistência químicaFácil processabilidade
Conectores; Porta-escovas de motores elétricos; Suporte da bobina
Poli(sulfeto defenileno) (PPS)
Elevada rigidezExcelentes propriedades mecânicasTransparência a micro-ondarExcelentes propriedades elétricasFácil processabilidadeAuto-retardamento de chama
Carcaça dos faróis; Paletas da bomba de vácuo; Suporte da bobina; Suportedo porta-escovas do motor de refrigeração; Válvulas do filtro de ar
Policarbonato(PC)
Semelhança a vidroAlta resistência ao impactoBoa estabilidade dimensionalBoas propriedades elétricasBoa resistência às intempériesResistência à chamaCapacidade de refletir a luzEstabilidade a radiações de ultravioleta
Faróis; Lanternas; Painel de instrumento
Poliuretano(PU)
Excepcional resistência a abrasãoAbsorvedor de energiaIsolamento acústicoFácil processabilidade
Pára-choque; Estofo dos bancos; Coxins; Tapes Suporte do motor;Enchimento do pára-choque;
Poliamida (PA)
Boa processabilidadeResistência à tensãoResistência a alta temperaturaExcelente estabilidade dimensional
Dutos de captação de ar; Engrenagens; Conectores de sistema de injeção; Sistema de freio de estacionamento; Escaninho do airbag
Poli(metacrilatode metila)(PMMA)
Semelhança ao vidroBoa resistência químicaAlta resistência às intempériesTransparência
Fibras ótica; Lanternas; Protetos de chuca nas janelas
Copoli(estirenobutadienoacrilonitrila)
Resistência à corrosãoAlta resistência químicaÓtima processabilidade
Grades; Calotas; Painel de instrumentos; Carcaça de lanterna
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(ABS)Resistência ao impactoResistência a baixas temperaturasGrande estabilidade dimensional
Copoli(estirenoacrilonitrila)(SAN)
Resistência à intempériesÓtima processabilidadeResistência ao impactoResistência a baixas temperaturas
Grades de ventilação
Poli(cloreto devinila) (PVC)
Alta resistência à chamaSemelhança a couroFlexibilidade de processamento
Filtros de ar e de óleo; Revestimento de bancos; Painéis e interiores;Revestimento de fios e cabos elétricos
Poli(óxido demetileno)/poliamida(Noryl GTX)
Boa resistência a impactoAlta resistência a solventesBoa resistência a alta temperaturaBaixa absorção de umidadeFácil colagem e pinturaÓtima processabilidadeExcepcional brilho
Pára-lama
Poli(tereftalatode butileno)/Policarbonato(Xenoy)
Excelente resistência mecânicaExcelente resistência químicaAlta resistência às intempériesResistência a altas temperaturasRetenção de corResistência a ultravioleta
Painel de instrumentoPára-choquePainel lateral externoPonteira de pára-choqueSpoilers
Poli(tereftalatode etileno)(PET)
Alta resistência mecânicaAlta resistência térmicaAlta resistência químicaTransparênciaAlta impermeabilidadeFácil processabilidade
Carcaça de bombas; Carburador; Limpador de parabrisa; ComponentesElétricos
Como pôde ser notado, mesmo com as já conhecidas boas propriedades
mecânicas dos aços-carbono e suas ligas, os materiais poliméricos encontram
na indústria automobilística uma utilização cada vez mais freqüente, uma vez
que estes matérias podem conferir resultados únicos ou de custo inferior.
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6 CONCLUSÃO
O presente trabalho teve por objetivo apresentar as características
físicas e químicas básicas dos materiais poliméricos. Foi visto também que os
polímeros apresentam diversas aplicações na indústria, especialmente na
indústria automobilística, visto que muito componentes dos veículos
automotores são compostos de plásticos ou borrachas.
Alguns materiais poliméricos apresentam grande resistência mecânica,
comparáveis a alguns aços, sendo então utilizados quando se necessita alta
resistência aliada a um baixo peso.
Foram vistas também as aplicações mais comuns dos polímeros, como
em tubulações de esgoto, por exemplo.
Portanto, de acordo com tudo que foi visto, os polímeros são uma classe
de materiais cada vez mais utilizados, pois apresentam uma grande variedade
de comportamentos mecânicos e químicos sendo adequados para diversas
situações.
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REFERÊNCIAS
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MANO, Eloisa Biasotto. Polímeros como materiais de engenharia. 1. ed. 2 reimpressão. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 2000. 200 p.
TELLES, Pedro Carlos da Silva. Materiais para equipamentos de processo. 6. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2003.
HEMAIS, Carlos A. Polímeros e a indústria automobilística. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 13, n. 2, p. 107-114, 2003.
CONDUTIVIDADE TÉRMICA. In: WIKIPÉDIA. 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Condutividade_térmica>. Acesso em: 2 jun. 2010.
ENSAIO DE TRAÇÃO. Disponível em: <http://www.polimeroseprocessos.com/ensaio_3.html#>. Acesso em: 3 jun. 2010.
MATERIAIS POLIMÉRICOS. Disponível em: <http://moodle.pucrs.br/file.php/22152/CMCap9.pdf>. Acesso em: 9. Jun. 2010.
POLÍMEROS SINTÉTICOS. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/02/polimer.pdf>. Acesso em: 5 jun. 2010.
PRINCÍPIO DAS CIÊNCIAS DOS MATERIAIS APLICADOS AOS MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL. Disponível em: <http://pcc5726.pcc.usp.br/Trabalhos%20dos%20alunos/seminario-fluencia.pdf>. Acesso em: 9 jun. 2010.
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ANEXO A - Artigo: polímeros e a indústria automobilística