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Polimeros
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Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos
15 de Abril de 2013
Page 1
Da Silva, Celso Júlio
Índice
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 3
PARTE I ...................................................................................................................................... 4
PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ............................................ 4
DEFINIÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS ................................................................... 4
CLASSIFICAÇÃO ..................................................................................................................... 5
CLASSIFICAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS ......................................................... 6
COMPÓSITOS REFORÇADOS COM PARTÍCULAS ............................................................ 7
COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS ....................................................................... 7
COMPÓSITOS ESTRUTURAIS ............................................................................................... 8
IMPORTÂNCIA DO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ........ 8
TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ................. 8
PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO ................................................................................... 8
PROCESSAMENTO POR INJECÇÃO ................................................................................... 10
PROCESSAMENTO POR INSUFLAÇÃO ............................................................................. 11
PROCESSAMENTO POR COMPRESSÃO ............................................................................ 12
PROCESSAMENTO DE TERMORRIGIDOS ........................................................................ 13
PROCESSAMENTO DE ELASTÓMEROS ............................................................................ 14
PARTE II................................................................................................................................... 16
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ........................................ 16
IMPORTÂNCIA DA CARACTERIZAÇÃO E MÉTODOS INSTRUMENTAIS
UTILIZADOS ........................................................................................................................... 16
TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS ..................................................... 17
ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO ....................................................................... 17
Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos
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DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (XRD) ........................................................................................... 17
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISSÃO (TEM) ........................................... 18
REOMETRIA............................................................................................................................ 19
ANALISE TERMOGRAVIMETRICA (TGA) ........................................................................ 20
TESTE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS ......................................................................... 20
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 22
Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos
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Da Silva, Celso Júlio
INTRODUÇÃO
Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com desusuais combinações de
propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos
(CALLISTER, 1991). Os materiais compósitos são materiais projectados de modo a conjugar
características desejáveis de dois ou mais materiais (PADILHA, 2000).
O termo compósito se refere a materiais heterogéneos, multifásicos, podendo ser ou não
poliméricos, em que um dos componentes é descontínuo e dá a principal resistência ao esforço
(componente estrutural ou reforço) e o outro componente é contínuo e representa o meio de
transferência desse esforço (componente matricial ou matriz). Esses componentes não se
dissolvem nem se descaracterizam completamente, apesar disso, atuam concertadamente, e as
propriedades do conjunto são superiores às de cada componente individual, para uma
determinada aplicação. Combinações de propriedades de materiais e de suas faixas têm sido, e
ainda continuam sendo, estendidas pelo desenvolvimento de materiais compósitos
(CALLISTER, 1991).
A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos materiais compósitos iniciou-se na década
de 1970 (PADILHA, 2000), e existe um número de compósitos que ocorrem na natureza. Por
exemplo, madeira consiste de fibras de celulose fortes e flexíveis circundadas e mantidas juntas
por um material mais rígido denominado lignina. Também, osso é um compósito da forte mas
ainda macia proteína de colagénio e do duro e frágil mineral apatita (CALLISTER, 1991).
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PARTE I
PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS
O processamento de polímeros consiste na transformação dos granulados e das paletes de
plásticos em folha fina, varão, tubo, perfis ou peças acabadas (RODRIGUES & MARTINS,
2005).
O processamento de materiais poliméricos-plásticos, elastómeros e compósitos, é caracterizado
por uma grande variedade de métodos ou técnicas distintas. Técnicas que envolvem a produção
contínua de um produto, basicamente tem secção transversal uniforme, que incluía extrusão, a
película de sopro e calandragem, técnicas que envolvem a formação de um polímero de formável
executadas contra uma superfície de molde, a qual envolve o revestimento e moldagem rotativa,
e, finalmente, técnicas que envolvem o enchimento completo de uma cavidade do molde, e
incluem fundição, moldagem por compressão, moldagem por transferência, moldagem por
injecção e de moldagem por injecção de reacção (SCHEY. A, 1987).
Para dar forma a um material termoplástico este deve ser aquecido de forma a ser amaciado,
adquirindo a consistência de um líquido, sendo designado nesta forma por polímero ou plástico
fundido. Nos materiais termofixos, que não polimerizam completamente antes do processamento
na forma final, utiliza-se um processo em que ocorre uma reacção química que conduz à
formação de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. A polimerização final pode ocorrer
por aplicação de calor e pressão ou por acção de um catalisador (TADMOR & GOGOS, 2006).
Os materiais poliméricos normalmente são processados em temperaturas elevadas (acima de
100oC) e geralmente com a aplicação de pressão.
DEFINIÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS
Geralmente, um compósito é considerado como sendo qualquer material multifásico que exibe
uma significativa proporção de propriedades de ambas as fases constituintes de tal maneira que
uma melhor combinação de propriedades é realizada (CALLISTER, 1991). De acordo com este
princípio de acção combinada, melhores combinações de propriedades são melhor amoldadas
pela judiciosa combinação de dois ou mais distintos materiais.
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Os materiais compósitos são também conhecidos como materiais conjugados ou materiais
compostos (PADILHA, 2000).
Um compósito polimérico, no presente contexto, é um material multifásico que é artificialmente
fabricado, em oposição a um que ocorre ou se forma naturalmente. Em adição, as fases
constituintes devem ser quimicamente dissimilares e separadas por uma distinta interface. Assim
a maioria das ligas metálicas e muitas cerâmicas não se ajustam a esta definição porque suas
múltiplas fases são formadas como uma consequência de fenómenos naturais (CALLISTER,
1991).
CLASSIFICAÇÃO
Os polímeros podem ser classificados em três grupos principais:
termoplásticos. Podem ser repetidamente conformados mecanicamente desde que
reaquecidos. Portanto, não só a conformação a quente de componentes é possível, mas
também a reutilização de restos de produção, que podem ser reintroduzidos no processo
de fabricação (reciclagem).
Muitos termoplásticos são parcialmente cristalinos e alguns são totalmente amorfos. Exemplos
típicos de termoplásticos são: polietileno, policloreto de vinila (PVC), polipropileno e
poliestireno (PADILHA, 2000).
termorrígidos. São conformáveis plasticamente apenas em um estágio intermediário de
sua fabricação. O produto final é duro e não amolece mais com o aumento da
temperatura. Uma conformação plástica posterior não é portanto possível. Não são
actualmente recicláveis.
Os termorrígidos são completamente amorfos, isto é, não apresentam estrutura cristalina.
Exemplos típicos de termorrígidos são: baquelite, resinas epoxídicas, poliésteres e poliuretanos
(PADILHA, 2000).
elastómeros (borrachas). São também materiais conformáveis plasticamente, que se
alongam elasticamente de maneira acentuada até a temperatura de decomposição e
mantém estas características em baixas temperaturas.
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Os elastómeros são estruturalmente similares aos termoplásticos, isto é, eles são parcialmente
cristalinos. Exemplos típicos de elastómeros são: borracha natural, neopreno, borracha de
estireno, borracha de butila e borracha de nitrila (PADILHA, 2000).
CLASSIFICAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS
Um esquema simples para a classificação de materiais conjugados (compósitos) é mostrado na
Figura 1, que consiste de 3 principais divisões:
Compósitos reforçados por partícula, compósitos reforçados por fibra e compósitos
estruturais.
Também, existem pelo menos duas subdivisões para cada divisão. A fase dispersa para
compósitos reforçados por partícula é equiaxiada (isto é, dimensões das partículas são
aproximadamente as mesmas em todas as direcções); para compósitos reforçados por fibra, a
fase dispersa tem a geometria de uma fibra (isto é, uma grande razão comprimento-para-
diâmetro). Compósitos estruturais são combinações de compósitos e materiais homogéneos
(CALLISTER, 1991).
Figura 1. Um esquema de classificação para os vários tipos de compósitos (CALLISTER, 1991).
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COMPÓSITOS REFORÇADOS COM PARTÍCULAS
Como foi observado na Fig. 1, os compósitos com partículas grandes e os compósitos reforçados
por dispersão são as duas subclassificações dos compósitos reforçados com partículas. A
distinção entre essas subclassificações está baseada no mecanismo do reforço ou aumento da
resistência.
O termo "grande" é usado para indicar que as interacções partícula-matriz não podem ser tratadas
no nível ou ponto de vista atómico ou molecular. Para a maioria desses compósitos, a fase
particulada é mais dura e mais rígida do que a matriz. Essas partículas de reforço tendem a
restringir o movimento da fase matriz na vizinhança de cada partícula. Essencialmente, a matriz
transfere parte da tensão aplicada às partículas, as quais suportam uma fracção da carga. O grau
de reforço ou melhoria do comportamento mecânico depende de uma ligação forte na interface
matriz-partícula (CALLISTER, 1991).
No caso dos compósitos que têm a sua resistência aumentada por dispersão, as partículas são, em
geral, muito menores, com diâmetros entre 0,01 e 0,1 ftm (10 e 100 nm). As interacções
partícula- matriz que levam ao aumento de resistência ocorrem no nível atómico ou no nível
molecular.
COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS
Tecnologicamente, os compósitos mais importantes são aqueles em que a fase dispersa encontra-
se na forma de uma fibra. Os objectivos de projecto dos compósitos reforçados com fibras
incluem com frequência resistência e/ou rigidez alta em relação ao seu peso. Essas características
são expressas em termos dos parâmetros resistência específica e módulo específico, os quais
correspondem, respectivamente, às razões do limite de resistência à tracção em relação à
densidade relativa e ao módulo de elasticidade em relação à densidade relativa (CALLISTER,
1991).
Como foi observado para a Fig. 1, os compósitos reforçados com fibras são subclassificados de
acordo com o comprimento da fibra. No caso das fibras curtas, as fibras são muito curtas para
produzir uma melhoria significativa na resistência.
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COMPÓSITOS ESTRUTURAIS
Um compósito estrutural é composto normalmente tanto por materiais homogéneos como por
materiais compósitos, cujas propriedades dependem não somente das propriedades dos materiais
constituintes, mas também do projecto geométrico dos vários elementos estruturais. Os
compósitos laminares e os painéis em sanduíche são dois dos tipos de compósitos estruturais
mais comuns (CALLISTER, 1991).
IMPORTÂNCIA DO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS
A importância dos materiais compósitos resulta da combinação de dois ou mais materiais
diferentes, com a finalidade de produzir um material cujas propriedades sejam, em alguns
aspectos, superiores as propriedades individuas das matérias que o constituem. As propriedades
físicas e mecânicas dos matérias compósitos são extremamente influenciadas pelas percentagens
relativas dos seus componentes elementares e pelo modo como esses compostos estão dispostos
entre si (RODRIGUES & MARTINS, 2005).
TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS
PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO
A extrusão é um processo de conformação plástica, no qual, por acção de uma tensão elevada,
um material é forçado a passar por meio de uma matriz aberta, provocando uma resolução da
secção transversal ( SMITH, 2010).
É um processo de produção caracterizado por forçar o material através de um orifício ou
ferramenta. A palavra "extrusão" vem do Latim “ex” significa força e “trudere” significa
empurrar, forçar. É um dos métodos mais importantes para produção de materiais termoplásticos
(ASKELAND, 1988). Pode-se definir, então, a extrusão como o processo de obtenção de
produtos com comprimentos ilimitados e seção transversal constante, obrigando o material a
passar através de um cabeçote sob condições de pressão e temperatura controlada.
O processo de extrusão, é basicamente, um processo de formação contínua de fluido através do
orifício de uma ferramenta adequada (die), e, subsequentemente, solidificando-a em um produto
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(produto extrudido de secção transversal constante). No caso de materiais termoplásticos, é o
material de alimentação, em forma de pó ou granulados, o mais geralmente aquecido para um
estado fluido e bombeado para dentro do molde, através de uma extrusora de parafuso, que é
então solidificado por arrefecimento depois de sair do molde (SCHEY. A, 1987).
O processamento por extrusão é realizado em um equipamento conhecido como extrusora.
Existem as extrusoras com uma única rosca e extrusoras de dupla rosca.
Figura 2. Vista de corte de uma extrusora de rosca utilizada para o processamento de materiais
poliméricos.
A extrusora é alimentada com resina através de um funil alimentador (tremonha), situado na
seção traseira. A resina é transportada ao longo do cilindro pelo movimento de rotação da rosca.
As resinas são fundidas gradativamente pelo contacto com a parede aquecida do cilindro e o
calor gerado pelo cisalhamento da massa entre a rosca e o cilindro. A rosca comprime o polímero
através da matriz, que molda o fundido na sua forma final.
A técnica está especialmente adaptada para produzir comprimentos contínuos que possuem
geometrias de seção recta constantes como, por exemplo, bastões, tubos, canais de mangueira,
folhas finas e filamentos (CALLISTER, 1991).
ETAPAS DA EXTRUSÃO
O material moldável, polímero, é fundido;
Depois é forçado através da abertura de uma matriz ou estampo metálico;
O produto extrudado é resfriado progressivamente em água até permanecer sólido;
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O extrusado pode ser enrolado em bobinas, cortado em peças de dimensões especificadas, ou
cortado em grânulos regulares com faca rotativa.
PROCESSAMENTO POR INJECÇÃO
O processamento por injecção é um dos processos mais versáteis e modernos na área de
transformação de polímeros, que, surge como um aperfeiçoamento da tecnologia de moldagem
por transferência (RODRIGUES & MARTINS, 2005).
Este processo consiste basicamente em forçar o polímero a altas temperaturas, acima de sua
fusão e pressão, amolecido ou fundido, através de uma rosca “pistão”, para o interior da cavidade
de um molde. Após o resfriamento a peça é então extraída. A moldagem de injecção é um
processo intermitente composta por várias etapas que se repetem a cada ciclo, na qual podem ser
produzidas uma ou várias peças por vez.
É empregada quando a quantidade de peças termoplásticas a serem produzidas é de grande
quantidade e é necessária uma boa exactidão dimensional.
Figura 3. Equipamento de injecção com rosca/pistão. Adaptado de Blass, Arno (1988).
O polímero é adicionado na injectora através do funil de alimentação. A rosca gira e empurra o
polímero para a parte frontal da mesma. Enquanto a rosca gira ela recua para trás, pois precisa de
espaço à sua frente para depositar o material polimérico fundido ou amolecido e homogeneizado.
Após a deposição de uma quantidade suficiente de material depositado na parte frontal da rosca,
uma válvula presente perto do bico de injecção se abre. Neste momento, a rosca deixa de actuar
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como parafuso e actuará como se fosse um pistão, fazendo movimento para frente, empurrando
assim o material para dentro das cavidades do molde. Assim que o polímero entra através dos
canais do molde, inicia-se o processo de resfriamento do material. Depois de resfriado o material
é então extraído.
ETAPAS DA INJECÇÃO
Aquecimento e fusão da resina
Homogeneização do material fundido
Injecção do extrudado no interior da cavidade do molde
Resfriamento e solidificação do material na cavidade
Ejecção da peça moldada
PROCESSAMENTO POR INSUFLAÇÃO
O processo de moldagem por insuflação para a fabricação de recipientes de plástico é semelhante
àquele usado para a insuflação de garrafas de vidro, conforme representado na Fig. 4. Em
primeiro lugar, um parison, ou pedaço de tubo feito de polímero é extrudado. Enquanto este
ainda se encontra em seu estado semifendido, o parison é colocado em uni molde em duas peças
que possui a configuração desejada para o recipiente. A peça oca é moldada pela insuflação de ar
ou vapor sob pressão para o interior do parison, forçando as paredes do tubo a se conformarem
com os contornos do molde. Obviamente, tanto a temperatura como a viscosidade do parison
devem ser reguladas cuidadosamente (CALLISTER, 1991).
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Figura 4. Técnica de prensagem e insuflação adaptada de C.J. Phillips (CALLISTER, 1991).
PROCESSAMENTO POR COMPRESSÃO
O processo de moldagem por compressão é usado para polímeros termoendurecíveis activados.
Moldagem por compressão basicamente envolve a prensagem de uma carga de material
deformável entre as duas metades de um molde aquecido, e a sua transformação em produto
sólido sob efeito da temperatura do molde elevada.
O processo de moldagem por compressão consiste em introduzir resina termoendurecivel, que
pode ter sido ou não pré-aquecida, entre as metades abertas de um molde quente. Uma vez
fechado o molde, o calor e a pressão amolecem a resina e o plástico liquefeito é forçado a
preencher as cavidades do molde (RODRIGUES & MARTINS, 2005).
As temperaturas de moldagem por compressão são geralmente na gama de140-200˚C; pressões
dos moldes podem variar de 35 atm a 700 atm. Os custos dos materiais são geralmente pré-
aquecido para acelerar a fase de amaciamento inicial.
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Moldagem por compressão é caracterizada pelo fluxo de programa e moderada carga de material
muito viscoso para encher a cavidade, e que normalmente não é adequado para a fabricação de
peças complexas, ou partes apresentando inserções frágeis (SCHEY. A, 1987).
Figura 5. Equipamento para Moldagem por Compressão (CALLISTER, 1991).
Para uma moldagem por compressão, as quantidades apropriadas do polímero e dos aditivos
necessários, completamente misturados, são colocadas entre os membros macho e fêmea do
molde, como está ilustrado na Fig. 5. Ambas as peças do molde são aquecidas; entretanto,
somente uma dessas peças é móvel. O molde é fechado, e calor e pressão são aplicados, fazendo
com que o material plástico se torne viscoso e se ajuste à forma do molde. Antes da moldagem,
as matérias-primas podem ser misturadas e pressionadas a frio na forma de um disco, o qual é
chamado pré-conformado. O pré-aquecimento do pré-conformado reduz o tempo e a pressão de
moldagem, estende o tempo de vida útil da matriz e produz uma peça acabada mais uniforme
(CALLISTER, 1991).
PROCESSAMENTO DE TERMORRIGIDOS
Polímeros termorrígidos são aqueles que não amolecem com o aumento da temperatura e por
isso, uma vez produzidos, não podem ser ré-deformados ou reprocessados.
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A fabricação dos termorrígidos é ordinariamente realizada em dois estágios:
Primeiro vem a preparação de um polímero linear (às vezes denominado pré-polímero)
como um líquido, tendo uma pequena massa molecular.
O segundo estágio, denominado "cura", pode ocorrer durante aquecimento e/ou pela
adição de catalisador, e às vezes sob pressão.
Durante a “cura” ocorrem mudanças químicas e estruturais em escala molecular, com formação
de ligações cruzadas ou reticuladas.
Termorrígidos não podem ser reciclados, não se fundem, são usáveis a temperaturas maiores do
que os termoplásticos, e são quimicamente mais inertes. Em alguns casos somente a temperatura
pode ser usada como agente de polimerização como, por exemplo, o baquelite.
Os termorrígidos podem ser processados por alguns métodos, onde se destacam a moldagem por
compressão e transferência, moldagem por injecção e por fundição.
Figura 6. Esquema de processamento de polímeros termofixos/termorrigidos.
PROCESSAMENTO DE ELASTÓMEROS
São conhecidos como borrachas, eles têm uma deformação elástica muito grande (cerca de
200%). Uma das propriedades fascinantes dos materiais elastómeros é a sua elasticidade, que se
assemelha à da borracha. Isto é, eles possuem a habilidade de serem deformados segundo níveis
de deformação muito grandes e em seguida retornarem elasticamente, tais como molas, às suas
formas originais (CALLISTER, 1991).
A deformação elástica, mediante a aplicação de uma carga de tracção, consiste em desenrolar,
destorcer e rectificar as cadeias apenas parcialmente e, como resultado, alongá-las na direcção da
tensão, um fenómeno que está representado na Fig. 7. Com a liberação da tensão, as cadeias se
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enrolam novamente de acordo com as suas conformações antes da aplicação da tensão, e a peça
macroscópica retorna à sua forma original (CALLISTER, 1991).
Figura 7. Representação esquemática de molécula de cadeias de polímeros com ligações
cruzadas (a) em um estado sem torsões e (b) durante a deformação elástica em resposta á
aplicação de uma tensão de tracção. ( adaptada de Z. D Jastrzebski), (CALLISTER, 1991).
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PARTE II
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS
Figura 8. Fluxograma da caracterização de polímeros
IMPORTÂNCIA DA CARACTERIZAÇÃO E MÉTODOS INSTRUMENTAIS UTILIZADOS
A importância da caracterização de polímeros e seus compósitos reside no crescente interesse,
devido à necessidade de selecção adequada do material baseado no desempenho do sistema em
estudo. Importante na descrição dos aspectos de composição e estrutura (incluindo defeitos) dos
materiais, dentro de um contexto de relevância para um processo, produto ou propriedade em
particular (MANSUR).
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TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Não seria exagero afirmar que todas as técnicas de caracterização são aplicáveis aos polímeros e
aos materiais poliméricos deles derivados. Para ilustrar esta afirmação, citaremos a que algumas
técnicas e suas aplicações.
ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
O espectro infravermelho de polímeros é bastante simples considerando-se o grande número de
átomos envolvidos (BILLMEYE, 1984). A análise vibracional de polímeros fornece
informações sobre três importantes características estruturais: a) a composição química, b) a
estrutura configuracional e conformacional, e, c) as forças interatómicas associadas às ligações
de valência ou interacções intermoleculares.
O infravermelho é a ferramenta espectroscópica preferida na caracterização de polímeros devido
a sua praticidade (FREEMAN, 1985). As amostras podem ser preparadas de diversas maneiras
(pastilha, filme, fita, etc.). Os dados obtidos podem ser manipulados por várias técnicas como
subtracção de espectros (ALLARA, 1979), análise de factores, deconvolução espectral e podem
também ser usados quantitativamente (KOENIG & KORMOS, 1979).
A espectroscopia no infravermelho pode ser usada para identificar a presença de monómero
residual, algumas características estruturais do polímero, além de constatar a presença de
aditivos, como é o caso do filme de PVC que apresenta um estiramento característico de éster
devido ao aditivo tipo dialquilftalato usado.
DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (XRD)
O método de espalhamento de raios-X é uma das técnicas mais antigas e mais usadas no estudo
da caracterização dos polímeros por ser uma técnica capaz de identificar os diversos estados de
ordenamento da matéria. Um feixe de raios-X incidente em um material é parcialmente
absorvido, outra parte é espalhada e o restante é transmitido sem modificação. O espalhamento
dos raios-X ocorre como um resultado da interacção com os electrões no material. Os raios-X
espalhados sofrem interferência entre si e produzem um padrão de difracção que varia com o
ângulo de espalhamento. A variação da intensidade espalhada e difractada com o ângulo dá
informações sobre a distribuição de densidade electrónica e, portanto, das posições atómicas
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dentro do material (ROE, 1985).
As técnicas de espalhamento de raios-X mais comuns são o espalhamento de raios-X de ângulo
largo (WAXS = wide-angle X-ray scattering) e espalhamento de raios-X de ângulo pequeno
(SAXS = small-angle X-ray scattering). Em termos gerais, WAXS é usado para obter
informações na escala de 1 nm ou menor e SAXS na escala de 1-1000 nm (ROE, 1985).
O padrão de espalhamento de um polímero amorfo consiste somente de picos amorfos alargados
(halos), que entretanto, oferecem muitas informações úteis sobre o estado de empacotamento das
moléculas no interior do polímero amorfo (ROE, 1985). A relação de Bragg, escrita como
d sen 2. , onde é o comprimento de onda da radiação e o ângulo de máxima intensidade
de espalhamento, pode ser usada como uma boa regra prática para estimar a escala de tamanho d
da estrutura responsável pelo espalhamento. Em WAXS, o menor ângulo 2 no qual a
intensidade pode ser medida convenientemente está em torno de 6° (ROE, 1985).
Em polímeros não-cristalinos, o espaçamento médio molecular entre cadeias (<R>) em ângstrons
é calculado a partir do máximo mais intenso, através da equação.
Rsen
5
8
A largura a meia altura (HW) da banda de maior intensidade é usada para descrever a
distribuição do espaçamento médio molecular entre cadeias.
A difracção de raios-X encontra aplicação na determinação do grau de cristalinidade do
polímero. O difratograma pode ser dividido e ajustado matematicamente em duas partes: uma
amorfa e a outra cristalina. A quantificação destas áreas permite avaliar o grau de cristalinidade
de um polímero.
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISSÃO (TEM)
O tamanho das partículas de látex é comummente medido por técnicas de espalhamento de luz e
por microscopia electrónica de transmissão (TEM = Transmission Electron Microscope).
A microscopia electrónica de transmissão é uma técnica frequentemente utilizada, pois permite
uma determinação visual do tamanho, forma e a distribuição de tamanho das partículas. A
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capacidade de determinação visual tem auxiliado na observação de formação de pontes
interpartículas, partículas de morfologias anómalas e de fracções de pequenas partículas de látex
resultantes de nucleação secundária (DUNN, 1991).
Para a obtenção de uma distribuição de tamanho das partículas por microscopia electrónica de
transmissão, que tenha significado estatístico, é necessário medir, no mínimo, 3000 partículas,
embora tratando-se de látex esféricos e relativamente mono dispersos, este número seja
normalmente bem menor, sendo comum a utilização de 150 partículas (BLAAKMEER & FLEE,
1989).
REOMETRIA
REOMETRIA CAPILAR
A reometria capilar é a técnica mais utilizada para o estudo das propriedades reológicas de
polímeros fundidos. Esta técnica mede a vazão em um tubo em função da pressão e é realizada
em um reómetro capilar (BARRA).
PRINCÍPIO DE MEDIDA DE VAZÃO POR UM REÔMETRO CAPILAR:
O polímero fundido é forçado a atravessar um orifício capilar de área transversal circular. Mede-
se a força exercida pelo pistão sobre o fluido, para que este escoe a uma velocidade constante. A
vazão do fluido também é calculada (BARRA). A Fig. 9 ilustra o reómetro capilar.
Figura 9. Esquema ilustrativo de um reómetro capilar: (A) Capilar, (B) Barril, (C) Pistão, (D)
célula de carga, Db
diâmetro no barril, e Dc é o diâmetro do capilar.
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O fluxo que ocorre em um capilar é o mesmo apresentado anteriormente, para condutos de seção
circular. No reómetro capilar é considerado que o fluxo está em regime permanente de
cisalhamento (BARRA).
ANALISE TERMOGRAVIMETRICA (TGA)
A analise termogravimétrica mede a mudança de peso de uma amostra em função do tempo ou
temperatura. A amostra é colocada em uma microbalança, que por sua vez e inserida dentro de
um forno. Estabelece-se um programa de aquecimento, a uma taxa predeterminada, e a variação
de peso da amostra e detectada. Durante o aquecimento a amostra pode sofrer reacções que
liberam gases. Para evitar que estes gases retornem e se condensem na parte electrónica do
aparelho, e necessário realizar uma purga do sistema, com ar sintético para ensaios realizados em
atmosfera oxidante e com nitrogénio gasoso para ensaios realizados em atmosfera inerte.
TESTE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS
(tensile testibg: Youngs modulus, Stress at yield, Elongation at break)
As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos mesmos
parâmetros usados para os metais, isto é, o módulo de elasticidade, o limite de resistência à
tracção e as resistências ao impacto e à fadiga (CALLISTER, 1991).
ENSAIO DE TRACÇÃO (Tensile Testing)
O ensaio de tracção consiste, basicamente, em se traccionar um corpo de prova de seção recta
rectangular ou circular até a sua ruptura.
São encontrados três tipos de comportamento tensão de formação tipicamente diferentes nos
materiais poliméricos, como está representado na Fig. 10. A curva A ilustra o comportamento
tensão-deformação apresentado por um polímero frágil, mostrando que este sofre fractura
enquanto se deforma elasticamente. O comportamento apresentado pelo material plástico, curva
B, 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.
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Figura 10. Comportamento tensão-deformação para polímeros frágeis (CALLISTER, 1991).
MODULO DE YOUNG (Youngs modulus)
Dependendo do tipo de carga representada pelo diagrama de tensão-deformação, o módulo de
elasticidade pode ser relatado como: módulo de elasticidade compressivo (ou módulo de
elasticidade em compressão); módulo de elasticidade flexural (ou módulo de elasticidade em
flexão); módulo de elasticidade de cisalhamento (ou módulo de elasticidade em cisalhamento);
módulo de elasticidade de tracção (ou módulo de elasticidade em tensão); ou módulo de
elasticidade de torção (ou módulo de elasticidade em torção). O módulo de elasticidade pode ser
determinado por meio de testes dinâmicos, onde ele pode ser derivado do módulo complexo. O
módulo usado sozinho geralmente refere-se ao módulo de elasticidade de tracção. O módulo de
cisalhamento quase sempre é igual ao módulo de torção e ambos são chamados de módulo de
rigidez. O módulo de elasticidade em tensão e compressão são aproximadamente iguais e são
conhecidos como módulo de Young. O módulo de rigidez relaciona-se ao módulo de Young por
meio da equação:
Onde:
E é o módulo de Young (psi), G é o módulo de rigidez (psi) e r é o coeficiente de Poisson. O
módulo de elasticidade também é chamado de módulo elástico e coeficiente de elasticidade
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2013 pelas 10:59PM