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POLIMEROS

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O QUE SÃO PLÁSTICOS?

Os plásticos são materiais orgânicos poliméricossintéticos, de constituição macrocelular, dotada degrande maleabilidade, facilmente transformávelmediante o emprego de calor e pressão, e que servede matéria-prima para a fabricação dos maisvariados objetos.

A matéria-prima dos plásticos geralmente é opetróleo. Este é formado por uma complexa misturade compostos.

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O QUE SÃO PLÁSTICOS?

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O QUE SÃO PLÁSTICOS?

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CLASSIFICAÇÃO:

Podem ser subdivididos em:

Termofixos: são polímeros de cadeia ramificada, para os

quais, o "endurecimento" (polimerização ou cura) é

consequência de uma reação química irreversível.

Termoplásticos: tem como vantagem sua versatilidade e

facilidade de utilização, desprendendo-se, geralmente, da

necessidade de máquinas e equipamentos muito elaborados

(e financeiramente dispendiosos).

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Polímeros

Monômero

Polímero

Ex: madeira, lã, couro, borracha, seda, plásticos...

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C C C C C C

HHHHHH

HHHHHH

Polietileno (PE)

ClCl Cl

C C C C C C

HHH

HHHHHH

Poli (cloreto de vinila) (PVC) Polipropileno (PP)

HH

HHH H

C C C C C C

CH3

HH

CH3CH3H

Polímeros

Etileno

C C

HH

HH

C C

HH

HH

C C

HH

HH

C C

HH

HH

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Polímeros

Possíveis rotações e torções em torno de

ligações simples podem levar à formação de cadeias

poliméricas não necessariamente retilíneas.

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Polímeros

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Polímeros lineares

As unidades são unidas em cadeiasúnicas. Ex. PVC (Policloreto de vinila),náilon, PMMA (acrílico), PE (polietileno),PS (poliestireno)

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Polímeros ramificados

São polímeros onde cadeias de

ramificações laterais são conectadas às cadeias

principais. É interessante observar que os

polímeros com estrutura linear podem ser

ramificados.

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Polímeros com

ligações cruzadas

São polímeros onde cadeias adjacentesestão unidas umas às outras através de ligaçõescovalentes.

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Enxofre (S)

Vulcanização

Formação de ligações cruzadas atravésde ligações químicas.

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Polímeros em rede

São polímeros que possuem muitasligações cruzadas formando redestridimensionais. Ex. epóxi.

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Cristalinidade em polímeros

Cadeias dobradas

Polietileno

Célula Unitária

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Normalmente os polímeros são formados porregiões cristalinas dispersas no interior do materialamorfo. O grau de cristalinidade pode variar decompletamente amorfo até cerca de 95% cristalino.

Cristalinidade em polímeros

Regiãocristalina

Regiãoamorfa

PE

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Cristalinidade em polímeros: esferulitas

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Cristalinidade em polímeros: esferulitas

Direção de crescimentoda esferulita

Material amorfo

Lamelas cristalinas

Moléculade ligação

Ponto de nucleação

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Direção do aumento da resistência mecânica

Ramificada Ligações Cruzadas RedeLinear

Ligaçõessecundárias

Estrutura molecular

e resistência mecânica de polímeros

20/64Deformação

Tens

ão (

MPa

)

Plástico

Elastômero

Frágil

Propriedades mecânicas de

polímeros

Tensão x Deformação

Limite de resistênciaà tração

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Propriedades mecânicas de polímeros

Tensão x Deformação

Deformação

Tens

ãoLimite de resistência à tração

Limite de escoamento

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Propriedades mecânicas de polímeros

Tensão x Deformação

Polímero Limite de

resistência

à traçã (MPa)

Limite de

escoamento

(MPa)

Alongamento na

fratura

(%)

Polietileno (baixa densidade)

8,3 - 31,4 9,0 – 14,5 100 -650

Polietileno (alta densidade)

22,1 – 31,0 26,2 – 33,1 10 – 1200

PMMA 48,3 – 72,4 53,8 – 73,1 2,0 – 5,5

Náilon 75,9 – 94,5 44,8 – 82,8 15 – 300

PVC 40,7 – 51,7 40,7 – 44,8 40 – 80

PTFE (Politetrafluoreti

leno)20,7 – 34,5 - 200 – 400

Metais 4100 600 100

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Propriedades mecânicas de polímeros

Temperatura x Deformação

Tens

ão (

MPa

)

Deformação

PMMA

temperatura resistência

temperatura alongamento

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Deformação em polímeros

plásticos e frágeis

ruptura frágil

ruptura plástica x

deslizamento dasregiões cristalinas

estrutura fibrilar

próximo à ruptura

alinhamento dasregiões cristalinas

próximo à ruptura

polímerossemicristalinos alongamento

das regiõesamorfas

Carga/descarga

Estrutura inicial

estruturaem rede

estruturalinear

xT

ens

ão (

MPa

)

Deformação

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Deformação em polímeros plásticos e

frágeis

Deformação

Tens

ão

Limite deescoamento

A deformação é confinada ao pescoço!

Início da formaçãodo pescoço

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Deformação em elastômeros

Ligaçõescruzadas

Tensão Tensão

O aumento da entropia faz o polímero retornarà sua forma original quando a tensão é retirada!

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PlásticosQuimicamente inertes, mecanicamente resistentes,

isolantes, transparentes, translúcidos ou opacos, etc...

Revestimentos, brinquedos, lentes, vedações,engrenagens, isolantes, garrafas, etc...

Aplicações de polímeros

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Elastômeros

Elásticos...

Aplicações de polímeros

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UHMWPE (polietileno de alto peso molecular)

Aplicações de polímeros

Alta resistência química, a impacto, desgaste e abrasão,baixo coeficiente de atrito, autolubrificante e antiaderente.

UHMWPE

APLICAÇÕES

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Plástico na Construção Civil

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Termofixo

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Termofixo

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Termofixo

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Termofixo

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Termofixo

37/64

Termofixo

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Termofixo

39/64

Termofixo

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Termofixo

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Termofixo

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Tubo de PVC para drenagem

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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Termoplásticos

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COMPÓSITOS

• Formados por dois materiais a nível

macroscópico

• Enorme gama de propriedades

• Excelentes rigidez e resistência

específicas

• Fibras e matriz cerâmicas

• resistem a altas temperaturas

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TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS

REFORÇADOS

C/PARTÍCULAS

REFORÇADOS

C/ FIBRAS

COMPÓSITOS

LAMINARES

COMPÓSITOS

NATURAIS

• Concreto

• Asfalto

• Cermet

• Fibras de

carbono,

Kevlar, vidro,

etc

• Matriz de

epoxy,

poliéster,

PEEK, etc

• Laminados

de fibras e

resina

• Sandwich

• Madeira

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REFORÇADO COM PARTÍCULAS

CERMETO: CERAMICA + METAL

CORTE DE AÇO REFORÇADO

CONCRETO:

DIFERENÇA ENTRE CIMENTO E CONCRETO

PORTLAND

CONCRETO ARMADO

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Compósitos Reforçados com Fibras

Faz-se uso de compósitos reforçados com fibras em projetos cujos

objetivos incluem uma alta relação resistência/peso.

Influência do comprimento da fibra: quando uma tensão é

aplicada em um compósito deste tipo a ligação matriz-fibra cessa

nas extremidades da fibra.

Lc = σfd/2tc

Comprimento crítico: comprimento de fibra mínimo, necessário

para que haja um efetivo aumento da resistência do compósito.

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Compósitos Reforçados com Fibras

Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o

seu comprimento crítico (lc):

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Alguns arranjos típicos

de fibras em cada

camada de compósito

a) Fibras unidirecionais

contínuas

b) Fibras descontínuas

orientadas de modo

aleatório

c) Fibras unidirecionais

tecidas ortogonalmente

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Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento

ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS

A resistência será máxima

quando as fibras estiverem

orientadas com o esforço

(sendo mínima na direção

perpendicular)

Variação de propriedades com a

orientação das fibras para uma liga de

Titânio reforçada com fibras de Boro

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COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibras

plásticas

Fibras

Carbono

Fibras

VidroCerâmicos Metais

PET

PP

etc

EP, PF

PEEK

etc

PP

Aramid

HM

HS

E

S

SiC

Al2O3

B

Arame

COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibras

plásticas

Fibras

Carbono

Fibras

VidroCerâmicos Metais

PET

PP

etc

EP, PF

PEEK

etc

PP

Aramid

HM

HS

E

S

SiC

Al2O3

B

Arame

MATRIZ DO COMPÓSITO

Transmite os esforços mecânicos aos

reforços (fibras), mantendo-os em

posição, e contribuindo com alguma

ductilidade (em geral pequena) para o

compósito.

REFORÇO DO COMPÓSITO

Elemento que suporta os

esforços no compósito. É, em

geral, de elevadas resistência e

rigidez.

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PROPRIEDADES DA MATRIZ

Matrizes poliméricas têm em geral

baixa resistência e baixo ponto de

fusão

Matrizes metálicas têm maior

resistência e maior ponto de fusão,

mas são mais pesadas

Podem ser usadas matrizes cerâmicas

para resistência a temperaturas

extremamente elevadas, perdendo-se

tenacidade

CONTROLE DE PROPRIEDADESLIGAÇÃO FIBRA-MATRIZ

Se não houver boa aderência da

matriz à fibra, não há distribuição

de esforços eficiente

O coeficiente de expansão térmica

deve ser muito semelhante entre

fibras e matriz

FRAÇÃO EM VOLUME DE FIBRAS

Quanto maior for este valor, maior será a resistência do compósito, até um

valor limite de 80%, a partir do qual deixa de haver “molhagem” total das

fibras pela matriz.

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Fibras

RAZÃO L/d DAS FIBRAS

Quanto maior for este

valor, maior será a

resistência da fibra e

consequentemente do

compósito onde se

insere

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A Fase Fibra

PROPRIEDADES DAS FIBRAS

Devem usar-se fibras com

grandes resistência e rigidez

específicas.

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Compósitos com matriz polimérica

a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras;

b) Boa aderência entre a matriz e as fibras

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COMPÓSITOS AVANÇADOS

COMPÓSITOS DE MATRIZ

METÁLICA

Podem ser usados a temperaturas

superiores em relação aos

compósitos de matriz polimérica

Possuem maior resistência

mecânica que o metal da matriz

não reforçado

Atenua-se a vantagem das

maiores resistência e rigidez

específicas

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COMPÓSITOS AVANÇADOS

• COMPÓSITOS CERÂMICA-CERÂMICA Possuem uma maior tenacidade à fratura em relação ao cerâmico não

reforçado;

Usados apenas em aplicações de elevada temperatura (+ 1000ºC)

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Comparação entre as resistências específicas de materiais

compósitos e não compósitos.

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Autoclave para produção de compósitos

Fabrico com pré-impregnados, com vácuo e em autoclave

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Tecidos Multiaxiais