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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

POLÍMEROS - FINAL

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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

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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

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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.

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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

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5

5.2 EMPREGOS NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA......................21

6 CONCLUSÃO................................................................................26

REFERÊNCIAS.............................................................................27

ANEXO A - Artigo: polímeros e a indústria automobilística...........28

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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.

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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.

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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:

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

CANEVAROLO Jr., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber Editora, 2002.

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