Universidade Federal do Pará Curso de Especialização em ... · Os polímeros são materiais de engenharia de grande ... •Construção civil: na construção de materiais com

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Universidade Federal do Pará

Curso de Especialização em Construção Naval

Professor: Jorge Teófilo de Barros Lopes

Módulo: Materiais Aplicados à Indústria Naval

PATRIOCÍNIOAPOIO PARCEIROSREALIZAÇÃO

Curso de Especialização em Construção NavalDisciplina - Prof. º

Curso de Especialização em Construção NavalMateriais Aplicados à Indústria Naval – Prof. Jorge Teófilo de Barros Lopes

MATERIAIS POLIMÉRICOS

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➢ Importância e classificação

✓ Os polímeros são materiais de engenharia de grandeimportância, algumas das quais inatingíveis poroutros materiais e, em muitos casos, têm custosrelativamente mais baixos.

✓ Em projetos de engenharia, tem vantagens, taiscomo: eliminação de partes de peça e de operaçõesde acabamento, montagem simplificada, redução depeso, redução de ruídos e, em alguns casos,eliminação da necessidade de lubrificação, entreoutros aspectos, cumprem de forma mais eficaz osrequisitos pretendidos para os produtos.

POLÍMEROS




✓ Portanto, podem substituir os materiaistradicionais (metais, vidros, madeira etc.) eminúmeras aplicações.

✓ Atualmente, existem mais de mil tipos diferentesque se utilizam para os mais variados fins.

• Indústria eletroeletrônica, principalmentedevido às suas excelentes propriedadesisolantes: dispositivos de ligação, interruptores,componentes de televisores, placas de circuitointegrado, componentes para computador etc.

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• Indústria têxtil: na produção de fibras e novosmateriais.

• Construção civil: na construção de materiais commelhores desempenhos e menores custos queos materiais tradicionais.

• Indústria de transportes: da qual se destaca aindústria automobilística.

• Indústria farmacêutica: na produção deembalagens.

POLÍMEROS




✓ São compostos de longas moléculas que possuemuma espinha dorsal de átomos de carbono ligadospor ligações covalentes → constituídas porunidades repetitivas

✓ Essas moléculas são ligadas uma às outras porligações fracas de Van der Waals e pontes dehidrogênio e, em alguns tipos, também porligações cruzadas covalentes.

✓ Frequentemente, o número dessas unidadesrepetitivas atinge os milhares.

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✓ Em alguns casos, as ligações conduzem a umacadeia linear, com ou sem ramificações; emoutros, à cadeias ligadas entre si formandoestruturas tridimensionais.

✓ A diversidade de estruturas que asmacromoléculas podem apresentar dificultam adivisão dos polímeros em grupos.

✓ Uma classificação muito usual para os polímeros éa apresentada no diagrama a seguir:

POLÍMEROS




POLÍMEROS

SINTÉTICOSSEMISSINTÉTIOS

(ARTIFICIAIS)NATURAIS

TERMOPLÁSTICOS

TERMOFIXOSELASTÔMEROS

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✓ Naturais: extraídos diretamente da natureza.Exemplos: látex da seringueira, celulose damadeira.

✓ Semissintéticos ou artificiais: obtidos por meio demanufatura de substâncias naturais (reaçõesquímicas a partir dos naturais). Exemplos: nitratode celulose (celulose com ácido nítrico).

✓ Sintéticos: produzidos por ação do homem atravésde processos de transformação, como reaçõesquímicas.

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✓ Elastômeros: de origem natural ou sintética,caracterizam-se por um elevado grau deelasticidade - quando submetidos a uma tensão,mesmo reduzida, apresentam deformação

significativa, mas reversível).

• Possuem estrutura macromolecular compostapor longas cadeias, enroladas e torcidas entre si,o que lhes confere grande flexibilidade.

• Coesão molecular - garantida por reticulações,cujo número condiciona rigidez do material.

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✓ Termoplásticos: assim chamados, por necessitaremde calor para serem deformados e, após oarrefecimento, manterem a forma adquirida durantea deformação.

• Podem ser várias vezes reaquecidos e deformados,sem alteração significativa das suas propriedades.

• A maioria é constituído de cadeias principaismuito longas, de átomos de carbono ligadoscovalentemente, mas também podem conterátomos N, O e S ligados covalentemente (cadeiaslineares).

POLÍMEROS




✓ Termoplásticos

• As moléculas em polímeros lineares tem umafaixa de pesos moleculares e se aglomeram sobuma variedade de configurações – algumasamorfas e outras parcialmente cristalinas.

• Estas variedades de pesos moleculares e degeometrias significa que tais materiais não temum ponto de fusão bem definido, masviscosidades dentro de uma faixa detemperatura (como as do vidro).

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✓ Termoplásticos

• São produzidos pelo processo de polimerizaçãopor adição, formando longas cadeias, muitasvezes pela adição da mesma unidade repetidasmuitas vezes.

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✓ Termofixos

• Denominação dada em função de seremconformados para uma determinada formapermanente e depois curados (ou endurecidos)através de uma reação química.

• Não podem ser amolecidos e novamenteconformados, pois se degradam ou sedecompõem se aquecidos a temperaturas muitoelevadas – em função desse comportamento,não podem ser reciclados.

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✓ Termofixos

• São produzidos pela mistura de doiscomponentes (resina + endurecedor) quereagem e endurecem, em temperaturaambiente, sob ação de luz, catalizador ou poraquecimento.

• A maior parte é constituída por uma rede deátomos de carbono ligados covalentementeentre si, de modo a formar um sólido rígido (unsainda contém átomos de Ni, O, S e outros).

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✓ Termofixos

• Termofixos genéricos: epóxis e poliésteres,amplamente utilizados como materiais de matrizpara compósitos constituídos.

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➢ Reações de polimerização

✓ Um polímero é uma grande molécula que éconstituída por pequenas unidades que serepetem denominada meros.

✓ A polimerização é a etapa básica na formação dosmateriais poliméricos - consiste na reação demonômeros, que formarão os polímeros.

✓ Os monômeros - insumo fundamental noprocesso, definidos como substâncias constituídaspor uma pequena molécula (com ligaçõescovalentes).

POLÍMEROS




✓ Para formar um polímero, os monômeros devemapresentar pelo menos dois pontos reativos emcada molécula.

✓ Esses pontos estão relacionados a ligaçõesinsaturadas entre átomos de carbono e gruposfuncionais oxigenados e nitrogenados dentro damolécula – ligações duplas ou triplas.

✓ O processo de polimerização pode ocorrer de duasformas principais: polimerização por adição epolimerização por condensação.

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✓ Polimerização por adição

• A maior parte dos termoplásticos é sintetizadapelo processo de polimerização em cadeia.

• Nesse processo, os pontos reativos dosmonômeros são gerados pela quebra de ligaçõesduplas C=C (ligações insaturadas), resultando napossibilidade de duas novas ligações simples àmolécula (bifuncionabilidade).

POLÍMEROS

Geração dos pontos reativos

na molécula de etileno.





• As extremidades do monômero são agora livres,formando meros.

• Cada átomo de carbono das extremidades dosmeros tem um elétron sem par e pode, assim, secombinar com outros meros.

• No etileno há duas localizações onde a moléculapode ser atacada - o etileno é bifuncional eforma somente cadeias.

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• A simples colocação dos monômeros, unspróximos aos outros, não produzautomaticamente uma reação de polimerização.

• A reação deve ser acelerada pela aplicação decalor, pressão, luz ou um catalisador (iniciador),conforme mostra a figura (molécula de etileno).

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• A funcionalidade é o número de locais nos quaisnovas moléculas podem ser atacadas pelasunidades repetitivas do polímero.

• O processo de polimerização por adição ocorreem três etapas: a) Iniciação, b) propagação e c)término.

• Estas etapas serão demonstradas para apolimerização do etileno.

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a) Iniciação: Quando, pela adição de calor, luz,pressão ou catalisador, as ligações duplaspodem ser rompidas.

b) Propagação: É a etapa onde as moléculas domonômero, com pontos reativos, iniciam oprocesso de formação de cadeiaspoliméricas.

c) Término: Os pontos reativos são eliminados,encerrando o processo de polimerização.

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✓ Polimerização por adição do etileno

a) Iniciação: na polimerização do etileno podemser usados vários tipos de catalizadores.Exemplo: peróxido orgânico, representado porR2O2, em que R é um grupo químico.

- Por aquecimento, este peróxido pode sedecompor em dois radicais livres:

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R – O – O – R 2(R – O-)Calor

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✓ Polimerização por adição do etileno

- Um dos radicais livres criados peladecomposição do peróxido orgânico (ex.:peróxido de benzoila) pode reagir com umamolécula de etileno e forma um novo radicallivre com uma cadeia mais longa, funcionandocomo um iniciador.

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b) Propagação: A ligação dupla na extremidade domonômero etileno é “aberta” pelo radical livree liga-se covalentemente a este.

R – CH2 – CH2- + (CH2 CH2) → R – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –

- As cadeias poliméricas continuam a crescerespontaneamente, pois a energia do sistemaquímico diminui devido ao processo – a somada energia dos polímeros produzidos é inferiorà soma das energias dos monômeros que oproduziram.

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c) Término: Pode ocorrer por meio da adição deuma radical livre finalizador ou quando duascadeias se combinam.

- Quantidades residuais de impurezas tambémpodem provocar o término da cadeia.

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R (CH2 – CH2)m + R’ (CH2 ─ CH2)n → R (CH2 – CH2)m ─ (CH2 ─ CH2)n R’- -




✓ Polimerização por condensação

• Este processo é iniciado pela reação de duas oumais substâncias diferentes.

• No processo de polimerização por condensaçãouma molécula relativamente pequena é formada(água, etanol, metanol etc.).

• No caso da reação envolver apenas compostosbifuncionais (compostos com dois pontosreativos), as cadeias poliméricas resultantesserão lineares.

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✓ Polimerização por condensação

• No caso da reação envolver compostostrifuncionais, é possível a obtenção de retículostridimensionais.

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➢ Homopolímeros, copolímeros e blendas

✓ No homopolímero, um monómero repete e formatodo o polímero. Em contraste, em copolímerosexistem dois monómeros que fazem o polímero.

✓ Uma vez que existem várias maneiras de unir osdois monómeros, existem diferentes tipos decopolímeros, mas esse tipo de variação de uniãonão pode ser visto em um homopolímero.

✓ Nos copolímeros, busca-se a combinação depropriedades, e as diversas configurações podemser obtidas pelo uso de catalizadores adequados.

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✓ Com base nessas variações de união, oscopolímeros podem ser categorizados da seguinteforma:

• alternado - Se os dois monómeros estiveremdispostos de forma alternativa. Exemplo, se osdois monómeros são A e B, eles irão organizarcomo ABABABABAB.

• aleatório - Se os monómeros estiveremdispostos em qualquer ordem como

AABAAABBBBAB

POLÍMEROS




• por blocos - Quando cada monómero se junta como mesmo tipo de monómeros, e então os doisblocos de homopolímeros podem se juntar.

AAAAAAABBBBBBB

• grafitizados (ou enxertados) – Quando se tem umamolécula principal de um dos monômeros e, empontos específicos, cadeias do outro monômerosão enxertadas.

POLÍMEROS

A – A – A – A – A – A – A l lB Bl lB B

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✓ Blendas: são misturas mecânicas de dois polímeros.

POLÍMEROS

AAAAAAA

+

BBBBBBB.



➢ Comprimento molecular e grau de polimerização

✓ Em geral, quanto maior o comprimento da molécula,maior a resistência mecânica e maior a resistência aocalor do polímero.

✓ Polímeros de cadeias longas – comprimento de pelomenos 500 monômeros – pesos molecularesextremamente elevados.

✓ Na polimerização, as cadeias dos termoplásticos irãocrescer com diferentes comprimentos - terão pesosmoleculares diferentes – peso molecular médio.

✓ O peso molecular médio de um termoplástico podeser determinado usando técnicas físico-químicasespeciais.

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✓ Forma alternativa para expressar o comprimentomédio das cadeias - grau de polimerização dopolímero.

✓ Grau de polimerização (DP ou n): representa onúmero médio de unidades mero (comprimentomédio) em uma cadeia linear

✓ Grau de polimerização = (massa molecular médiado polímero) / (massa molecular da unidaderepetitiva).

✓ Os polímeros comerciais tem um DP na faixa de10³ a 105.

POLÍMEROS




✓ Caso o polímero apresente mais de um tipo demonômero, a massa molecular da unidaderepetitiva é obtida somando-se as massasmoleculares dos monômeros e subtraindo-se amassa molecular média do subproduto.

✓ DP do PVC: massa molecular = 31000; massamolecular do mero (C2H3Cl) = 62, GP = 31000/62 =500 meros por molécula.

✓ DP do PE: massa molecular = 250000; massamolecular do mero (C2H4) = 28, GP = 250000/28 ≈9000 meros por molécula.

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➢ Forma molecular dos polímeros

✓ As ligações simples na cadeia molecular dopolímero são capazes de sofrer rotação e torçãoem três dimensões.

✓ Cada uma das cadeias moleculares pode se dobrar,espiralar e se contorcer → leva a um extensoentrelace e embaraço entre as moléculas decadeias vizinhas.

✓ Essa configuração é responsável por uma grandequantidade das características importantes dospolímeros.

POLÍMEROS



➢ Estrutura molecular dos polímeros

✓ Características físicas de um polímero - dependem,além do seu peso molecular e da sua forma,também das diferentes estruturas das cadeiasmoleculares.

✓ Estruturas poliméricas mais comuns:

(a) lineares,

(b) ramificadas,

(c) com ligações cruzadas e

(d) em rede.

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a) Cadeias lineares:

• São formadas por monômeros bifuncionais -nestecaso, as moléculas adjacentes são unidas porforças secundárias, o que permite oescorregamento intermolecular.

• Em função do arranjo da cadeia, a plasticidadeaumenta com a temperatura.

• Em geral, os polímeros de cadeia linear podem sersubmetidos a elevados níveis de deformações emaltas temperaturas, e quando resfriados voltam aexibir as características originais.

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a) Cadeias lineares:

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Cadeias lineares. Esquema e exemplos.

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b) Cadeias ramificadas:

• Materiais poliméricos com estrutura de cadeiasramificadas são obtidos quando cadeias linearesformam ligações paralelas (reações paralelas) nocorpo do monômero.

• Tais ramificações permitem o entrelaçamentodas cadeias, limitando o movimento das mesmas.

• A figura a seguir ilustra o desenho esquemáticode cadeias ramificadas e exemplo.

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b) Cadeias ramificadas:

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Cadeias ramificadas. Esquema e exemplo.

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c) Cadeias com ligações cruzadas:

• Materiais poliméricos com ligações cruzadas sãoformados quando uma ligação ocorre entre duascadeias lineares.

• Um exemplo de polímero com ligações cruzadasé encontrado na borracha vulcanizada, onde osátomos de enxofre permitem a união de duascadeias lineares.

• A figura a seguir ilustra o desenho esquemáticode ligações cruzadas e exemplos.

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c) Cadeias com ligações cruzadas:

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Cadeias com ligações

cruzadas. Esquema e

exemplos.

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d) Estrutura em rede:

• Unidades mero trifuncionais (três ligaçõescovalentes) formam redes tridimensionais,chamadas de polímeros em rede.

• Um polímero que possua muitas ligaçõescruzadas pode ser classificado como um polímeroem rede.

• Possuem propriedades mecânicas e térmicasdiferenciadas.

POLÍMEROS




d) Estrutura em rede:

• Normalmente, os polímeros não são de um únicotipo estrutural distinto.

• Exemplo: um polímero predominantementelinear pode possuir uma quantidade limitada deramificações e de ligações cruzadas.

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Esquema ilustrativo da

estrutura em rede.

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➢ Características e aplicações dos polímeros

✓ Propriedades gerais

• Densidade: mais leves que metais ou cerâmica.Exemplo - PE é 3 vezes mais leve que o alumínioe 8 vezes mais leve que o aço. Ideal para uso naindústria de transportes, embalagens,equipamentos de esporte etc.

• Alta flexibilidade: variável conforme o tipo depolímero e os aditivos usados na suaformulação.

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• Alta resistência ao impacto: associada àtransparência, permite substituição do vidro emvárias aplicações.

- Contudo, a resistência à abrasão e a solventesnão é tão boa quanto a do vidro - lentes deacrílico riscam facilmente e são facilmentedanificadas se entrarem em contato comsolventes como, por exemplo, acetona.

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• Baixas Temperaturas de Processamento: dissodecorre baixo consumo de energia paraconformação, e também faz com que osequipamentos sejam mais simples e não tãocaros quanto para metais ou cerâmica.

• Baixa Condutividade Elétrica: polímeros sãoaltamente indicados para aplicações onde serequeira isolamento elétrico.

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• Baixa Condutividade Térmica: cerca de mil vezesmenor que a dos metais - altamenterecomendados em aplicações que requeiramisolamento térmico, particularmente na forma deespumas.

• Maior Resistência a Corrosão: as ligaçõesquímicas presentes (covalentes e Van der Waals)lhes conferem maior resistência à corrosão poroxigênio ou produtos químicos do que no casodos metais (ligação metálica).

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- Contudo, de maneira geral, os polímeros sãoatacados por solventes orgânicos queapresentam estrutura similar a eles - similaresdiluem similares.

• Porosidade: o espaço entre asmacromoléculas do polímero é relativamentegrande - isso confere baixa densidade aopolímero, o que é uma vantagem em certosaspectos.

POLÍMEROS





- Esses materiais apresentam altapermeabilidade a gases, que varia conforme otipo de plástico.

- A principal consequência deste fato é alimitação dos plásticos como material deembalagem, que fica patente no prazo devalidade mais curto de bebidasacondicionadas em garrafas de PET.

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- Essa permeabilidade, contudo, pode sermuito interessante, como no caso demembranas poliméricas para remoção de salda água do mar.

• Reciclabilidade: alguns polímeros, comotermofixos e borrachas, não podem serreciclados de forma direta.

- Não há como refundi-los ou despolimerizá-los.

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• A reciclagem de polímeros termoplásticos, apesarde tecnicamente possível, muitas vezes não éeconomicamente viável.

• Nos casos em que a reciclagem do polímero não forpossível ou viável, sempre é possível queimá-lo,transformando-o em energia, em incineradores oualto fornos.

• Contudo, plásticos que contém halogêneos (PVC ePTFE, por exemplo) geram gases tóxicos durante aqueima.

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✓ Símbolos indicativos de reciclagem e de identificação

de materiais plásticos (ABNT NBR 13230)

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✓ Símbolos indicativos de reciclagem e de identificaçãode materiais plásticos e aplicações

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✓ Propriedades

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✓ Propriedades

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✓ Aplicações

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✓ Aplicações

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✓ Aplicações

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MATERIAIS COMPÓSITOS

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➢ Definição, importância e classificação

✓ Não existe uma definição totalmente aceita.

✓ A palavra “compósito” deriva de compostos(qualquer material formado por partes ouconstituintes diferentes).

✓ Por tal entendimento, muitos materiais,independentes da escala de observação,poderiam ser considerados materiais compósitos -exemplo: um aço carbono, constituído de ferrita eperlita, distinguíveis facilmente em microscopiaótica.

COMPÓSITOS




✓ A dificuldade em se estabelecer uma definiçãopara material compósito está nas limitaçõesdimensionais que se impõem aos constituintesque formam o material.

✓ Em termos de engenharia, um material compósitoé geralmente entendido como materiais cujosconstituintes são distinguíveis em escalamicroestrutural (escala de grãos) ou,preferencialmente, em escala macroestrutural(SMITH, 1998).

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✓ Um material compósito é formado por umamistura ou combinação de dois ou mais micro oumacro constituintes que diferem na forma e nacomposição química e que, na sua essência, sãoinsolúveis uns nos outros (SMITH, 1998).

✓ Importância dos compósitos em engenharia:ligada ao fato da combinação de dois ou maismateriais diferentes, se poder obter um materialcujas propriedades são mais interessantes, emalguns aspectos, às propriedades individuais doscomponentes.

COMPÓSITOS




✓ Muitos materiais compósitos são constituídos porduas fases: a fase matriz (ou aglomerante), contínuae envolvente da segunda fase denominada fasedispersa (ou reforço).

✓ As propriedades dos compósitos são função daspropriedades dessas fases, das suas proporções eda geometria da fase dispersa.

✓ A maioria dos compósitos foi criada para melhorarcombinações de características mecânicas, taiscomo: rigidez, tenacidade e resistência nascondições ambientais e a altas temperaturas.

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✓ Classificação quanto ao tipo de matriz: oscompósitos podem ser divididos em compósitosde matriz metálicas e de matriz polimérica.

✓ Classificação quanto à estrutura: os compósitospodem ser divididos em três classes principais -reforçados com partículas, reforçados com fibras eos estruturais.

✓ Subclassificação: cada uma das classesmencionadas ainda se dividem em outras duassubclasses (figura).

COMPÓSITOS




POLÍMEROS

Esquema classificatórios para os vários tipos de compósitos.

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POLÍMEROS

Classificação dos compostos segundo as suas fases dispersas.




✓ Polímeros reforçados por partículas - a fasedispersa são partículas com eixos iguais(dimensões aproximadamente iguais em todas asdireções medidas).

✓ Polímeros reforçados com fibras - a fase dispersatem a geometria de uma fibra (apresenta granderazão comprimento/diâmetro).

✓ Estruturais - são combinações de compósitos emateriais homogêneos.

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➢ Compósitos reforçados com partículas

✓ Duas subclasses, baseadas no tamanho daspartículas: compósitos com partículas grandes ecompósitos reforçados por dispersão.

Partículas grandes

• O tamanho da partícula não permite queocorra interações partícula-matriz aos níveisatômico ou molecular (empregada amecânica do contínuo).

• A maioria possui a fase particulada mais durae mais rígida que a matriz.

COMPÓSITOS




Partículas grandes

• As partículas tendem a restringir omovimento da fase matriz na vizinhança decada uma delas – essencialmente, a matriztransfere parte da tensão aplicada àspartículas, que suportam uma fração da carga.

• O grau de reforço ou melhoria docomportamento mecânico é dado pelapresença da partícula e segue a lei dasmisturas de fases (figuras).

COMPÓSITOS

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Partículas grandes

COMPÓSITOS

O módulo de elasticidade deve ficar entre um limite superior e um inferior, dado pela regra (c, m e p representas as fazes compósito, matriz e particulada).




Partículas grandes

• As partículas podem ter uma grandevariedade de geometrias, mas devem possuiraproximadamente as mesmas dimensões emtodas as direções, serem pequenas edistribuídas uniformemente.

• São utilizados com metais, polímeros ecerâmicas.

• A seguir serão mostrados alguns exemplos demateriais compósitos com partículas grandes.

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Partículas grandes

• Cermetos: é um compósito cerâmica-metal(carbeto cimentado), constituídos porpartículas extremamente duras de umacerâmica refratária à base de carbeto (WC ouTiC, por exemplo), envolvidas em uma matrizde metal (Co ou Ni, por exemplo).

• Largamente utilizados como ferramentas decorte para aços endurecidos e outrosmateriais muito duros.

COMPÓSITOS




Partículas grandes

• As partículas muito duras proporcionam asuperfície de corte, mas são extremamentefrágeis. A tenacidade é aumentada pela suainclusão na matriz metálica dúctil, que asisolas uma das outras, prevenindo apropagação de trincas entre elas.

• Ambas as fases são refratárias – capazes desuportar as elevadas temperaturas de cortede materiais extremamente duros.

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Partículas grandes - Cermetos

COMPÓSITOS

Micrografia (1500x) de um carbeto cimentado com 85% WC e 15% Co

(Encyclopedia of Engineering, Jan/2017).

Pontas de ferramenta de corte confeccionada em Cermetos.




Partículas grandes

• Borracha vulcanizada reforçada com negrofumo: pneus automotivos (15 a 30% departículas).

• Concreto: Ambas as fases cerâmicas –composto por cimento (matriz), areia e brita(particulados) utilizados na construção civil –material estrutural de construção.

• Mistura asfáltica: betume + (brita, areia) –usado para pavimentação.

COMPÓSITOS

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Partículas grandes

COMPÓSITOS

Micrografia de um concreto




Reforço por dispersão

• Presença de partículas finas de material inertedispersas em um compósito de matrizmetálica, onde estas partículas vão dificultar omovimento das discordâncias.

• O aumento de resistência é mantido atemperatura elevadas e por período de tempoprolongado – partículas não reativas com afase matriz ≠ endurecimento por precipitaçãode segunda fase.

COMPÓSITOS

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Reforço por dispersão

• Fase matriz: metais ou ligas metálicas.

• Fase dispersa: metálica ou não metálica(frequentemente à base de óxidos).

• Níquel com óxido de tório disperso ou níquelTD (Thoria-Dispersed): Ligas de níquelreforçadas pela adição de 3% de ThO2 naforma de partículas dispersas.

COMPÓSITOS



➢ Compósitos reforçados com fibras

✓ Tecnologicamente, os mais importantes.

✓ Objetivos: incluem alta resistência e/ou rigidezem relação ao seu peso.

✓ Explora-se a grande resistência da cerâmica e,ao mesmo tempo, evita-se a catástrofe (falhapor fragilidade das fibras leva a uma fraturaprogressiva, e não repentina).

✓ Subclassificação: de acordo com o comprimentoda fibras - contínuos (alinhados) e descontínuos(curtos).

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✓ Influência do comprimento da fibra

• Características mecânicas: dependem daspropriedades das fibras e do grau segundo oqual uma carga aplicada é transmitida para asfibras pela matriz.

• Sob a aplicação de uma tensão, a magnitudeda ligação interfacial entre a fibra e a matrizcessa nas extremidades da fibra, produzindoum padrão de deformação (figura).

COMPÓSITOS





• Ou seja, não existe qualquer transmissão decarga na matriz na extremidade de cada fibra.

COMPÓSITOS

Padrão de deformação nas vizinhanças de uma fibra imersa em uma matriz

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• Um comprimento crítico da fibra é necessáriopara que exista um efetivo aumento daresistência e um enrijecimento do compósito.

• Comprimento crítico - depende do diâmetroe do limite de resistência à tração da fibra, eda força da ligação entre ela e a matriz - paravárias combinações matriz-fibra é da ordemde 1 mm (entre 20 e 150 vezes o diâmetro dafibra).

COMPÓSITOS





• À medida que o comprimento da fibraaumenta, o reforço causado por ela se tornamais efetivo.

• Fibras contínuas: comprimentos muitomaiores que o comprimento crítico(normalmente, maior que 15 vezes).

• Fibras descontínuas (curtas): comprimentosmenores que o comprimento crítico.

COMPÓSITOS

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• Comprimentos muito menores que o crítico:inexiste transferência de tensão (ocorresomente pequeno reforço devido à fibra) –caso dos compósitos essencialmenteparticulados.

• Melhoria significativa na resistência mecânica,as fibras devem ser contínuas.

COMPÓSITOS




✓ Orientação e concentração da fibra

• O arranjo ou orientação das fibras, as suasconcentrações e distribuições influenciamsignificativamente a resistência mecânica eoutras propriedades dos compósitos com essetipo de reforço.

• Orientação das fibras: existe a possibilidadede dois extremos - alinhamento paralelo comúnica direção e alinhamento totalmentealeatório.

COMPÓSITOS

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✓ Orientação e concentração da fibra

• Normalmente, as fibras contínuas estãoalinhadas, enquanto as descontínuas podemestar alinhadas, orientadas aleatoriamente ouparcialmente orientadas (figura).

• Independentemente dessas orientações, amelhor combinação geral das propriedadesdos compósitos é obtida quando adistribuição das fibras é uniforme.

COMPÓSITOS




COMPÓSITOS

Tipos de compósitos reforçados com fibras

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Fibras contínuas e alinhadas

• Além do já exposto, as característicasmecânicas são influenciadas por váriosfatores, tais como: comportamento tensão-deformação das fases, suas fraçõesvolumétricas, e a direção na qual a tensão éaplicada.

• No caso de fibras alinhadas, as propriedadesmecânicas do compósito são altamenteanisotrópicas.

COMPÓSITOS





• A figura a seguir ilustra o comportamentotensão-deformação para as fases fibra-matriz,em que a tensão é aplicada ao longo dadireção longitudinal.

• Nesse caso, considera-se que a fibra sejatotalmente frágil e que a matriz sejarazoavelmente dúctil.

COMPÓSITOS

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COMPÓSITOS

Comportamento tensão-deformação para um compósito reforçado com fibra





• Estágio I: Região inicial, tanto a fibra como amatriz se deformam elasticamente.

• Estágio II: A matriz escoa e se deformaplasticamente, enquanto as fibras continuama deformar elasticamente – o limite deresistência à tração das fibras é muito maiordo que o limite de escoamento da matriz.

• O início da falha do compósito ocorre àmedida que as fibras começam a fraturar.

COMPÓSITOS

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• Essa falha não é catastrófica, pois nem todasas fibras fraturam ao mesmo tempo e, mesmoapós a falha da fibra, a matriz ainda continuaintacta - ainda são capazes de suportar umacarga reduzida enquanto a matriz continuadeformando plasticamente.

• Por serem altamente anisotrópicos, essescompósitos são normalmente projetados paraserem carregados longitudinalmente.

COMPÓSITOS





• Em carregamento transversal, o limite deresistência à tração é extremamente baixo,algumas vezes mais baixo que o da matriz(tabela).

• Dessa forma, o efeito da introdução do reforçocom fibras é negativo.

COMPÓSITOS

MaterialLRT longitudinal

(MPa)LRT transversal

(MPa)

Vidro-PoliésterCarbono-EpóxiKevlar-Epóxi

70010001200

203520

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Fibras descontínuas e alinhadas

• Eficiência do reforço é menor – módulos deelasticidade e limites de resistência cerca de90% e 50%, respectivamente, dos seusanálogos com fibras contínuas.

• Cada vez mais utilizados – fibras de vidropicado (mais frequente), fibras de carbono efibras de aramida.

COMPÓSITOS




Fibras descontínuas, aleatoriamente orientadas

• Neste caso, a resistência do compósito seencontra entre a dos compósitos fibrososalinhados tensionados longitudinalmente(reforço máximo) e transversalmente (reforçovirtualmente inexistente.

• Normalmente utilizados em aplicações queenvolvem tensões totalmentemultidirecionais.

COMPÓSITOS

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COMPÓSITOS

propriedadeNão

Reforçado

Reforço com fibra (%)

20 30 40

Densidade relativaLRT (MPa)Módulo de elasticidade (GPa)Alongamento (%)Resistência ao impacto, com entalhe (lb/pol.)

1,19-1,2259-62

2,24-2,34590-11512-16

1,351105,934-62,0

1,431318,623-52,0

1,5215911,63-52,5

Propriedades de policarbonatos não reforçados e reforçados com fibras de vidro orientadas aleatoriamente





COMPÓSITOS

Eficiência de reforço de compósitos reforçados com fibras para diferentes orientações das fibras e várias direções de aplicação da tensão

Orientação das fibras Direção da tensãoEficiência do

reforço

Todas paralelasParalela às fibras 1

Perpendicular às fibras 0

Distribuídas aleatoriamente e uniformemente dentro de um plano específico

Qualquer direção no plano das fibras

3/8

Idem, mas dentro das três dimensões do espaço

Qualquer direção 1/5

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➢ Compósitos estruturais

✓ Compostos normalmente tanto por materiaishomogêneos como por materiais compósitos.

✓ Suas propriedades dependem não somente daspropriedades dos materiais constituintes, mastambém do projeto geométrico dos elementosestruturais.

✓ Dois tipos mais comuns: compósitos laminarese painéis em sanduíches (estruturas emsanduíches).

COMPÓSITOS




Compósitos laminares

• Formados por folhas ou painéisbidimensionais que possuam uma direçãopreferencial de alta resistência (madeira epolímeros reforçados com fibras contínuas ealinhadas, dentre outro).

• As camadas são empilhadas e cimentadasuma às outras, com a orientação da direçãode alta resistência variando de acordo comcada camada (figura).

COMPÓSITOS

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COMPÓSITOS

Empilhamento de camadas sucessivas reforçadas com fibras orientadas para um compósito laminar





COMPÓSITOS

Empilhamento de camadas sucessivas

reforçadas com fibras orientadas para um compósito laminar

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• Exemplo: Madeira compensada, onde asfolhas sucessivas são alinhadas dessa forma.

COMPÓSITOS





• Em função da forma estrutural, essesmateriais possuem resistência relativamentealta em uma diversidade de direções no planobidimensional.

• Resistência em uma direção específica éevidentemente menor do que a que existiriase todas as folhas estivessem orientadas nadireção medida.

• Esqui: Estrutura laminar complexa (figura).

COMPÓSITOS

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COMPÓSITOS

Seção transversal e um esqui de neve de alto desempenho.




Painéis em sanduíche

• Consistem em duas folhas externas maisresistentes (faces ou lâminas) separadas poruma camada de material menos denso(recheio ou núcleo) com menor rigidez eresistência – material central ensanduichadoentre duas camadas exteriores mais finas.

• Materiais típicos das faces: Ligas de alumínio,polímeros reforçados com fibras, titânio, aço,madeira etc.

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Painéis em sanduíche

• Materiais do recheio: Normalmente, algumaforma de espuma expansível (poliestireno,poliuretano), borrachas sintéticas etc.).

• Principais tipos: Em função da forma dorecheio, tem-se as estruturas em colmeias(favos de mel) e as estruturas em materiaisrevestidos (Clads).

• Além destes, outros tipos são ilustradosesquematicamente na figura a seguir.

COMPÓSITOS




Painéis em sanduíche:

COMPÓSITOS

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• Estruturas em colmeias:

- Finas folhas moldadas no formato de célulashexagonais que se intertravam, tendo osseus eixos orientados perpendicularmenteaos planos das faces.

- Um dos principais materiais utilizados naindústria aeronáutica: pás dos rotores dehelicópteros, superfícies de comando,estabilizadores, painéis em geral da aviação.

COMPÓSITOS






- Grande parte fabricada em ligas de alumínioou polímeros fenólicos e poliésteresreforçados com fibras de vidro ou materiaisreforçados com fibras aramídicas.

- As confeccionadas em alumínio: Fabricadaspor colagem de chapas externas em liga dealumínio a uma placa central em colmeia,também em liga de alumínio (figura).

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COMPÓSITOS

Figura ilustrativa mostrando a construção de um painel em sanduíche com recheio em colmeia.





• Os painéis em sanduíche, de forma geral, sãoaplicados em telhados, pisos e paredes deprédios, aeronaves (asas, fuselagem e nosrevestimentos do leme horizontal) etc.

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• Estruturas em materiais revestidos (clads)

- São compósitos com o recheio metálicorevestido por camadas externas de outro metalou metais.

- Na maioria dos casos, as camadas metálicasexternas são pouco espessas e aderem porlaminação a quente ao material metálico dorecheio, formando ligações metalúrgicas (pordifusão atômica) entre os metais das camadasexternas e do recheio.

COMPÓSITOS





• Estruturas em materiais revestidos (clads)

- Aplicação: Algumas ligas de alumínio de altaresistência mecânica, mas com baixa resistênciaà corrosão, podem ser protegidas por umacamada fina em alumínio macio e muitoresistente à corrosão.

- Aplicação: Utilização de metais relativamentecaros na proteção de um metal mais barato -moedas de liga de cobre baratas comrevestimento em liga de Cu e Ni.

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REVESTIMENTOS METÁLICOS



➢ Introdução

✓ Os revestimentos protetores são películasaplicadas sobre a superfície metálica, com afinalidade de dificultar o contato dessasuperfície com o meio corrosivo, minimizando,assim, a sua degradação pela ação do meio.

✓ O principal mecanismo de proteção dosrevestimentos é por barreira; entretanto,dependendo da sua natureza, poderá tambémproteger por inibição anódica ou por proteçãocatódica.


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➢ Introdução

✓ Tempo de proteção: depende do tipo derevestimento (natureza química), das forças deadesão, da espessura e da permeabilidade àpassagem do eletrólito através da película.

✓ O tempo também é influenciado pelomecanismo de proteção – proteção somentepor barreira, deixa de existir tão logo oeletrólito chegue à superfície metálica – casohaja um mecanismo adicional de proteção(inibição anódica ou proteção catódica), a vidado revestimento será prolongada.




➢ Introdução


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➢ Introdução

✓ Os mecanismos de proteção podem ser: porformação de produtos insolúveis, por barreira,por proteção catódica, dentre outros.

✓ A sua utilização pode ser no aumento daresistência à corrosão atmosférica, na imersão ena corrosão pelo solo.

✓ Tipos de revestimentos: metálicos, nãometálicos inorgânicos ou orgânicos.

✓ Neste curso será tratado apenas osrevestimentos metálicos.




➢ Processos de revestimentos metálicos

✓ As películas, quando constituídas de um metalmais catódico que o metal de base, é necessárioque sejam isentas de falhas (poros, trincas etc.),para que se evite que diante de uma eventualfalha provoquem corrosão na superfíciemetálica do metal de base ao invés de evitá-la.

✓ Os revestimentos metálicos mais comuns são:Cladização, deposição por imersão a quente,metalização, eletrodeposição e deposiçãoquímica.


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➢ Processos de revestimentos metálicos

✓ Cladização

• Os clads se constituem de chapas de um metalou liga metálica, resistentes à corrosão,revestindo e protegendo um outro metal comfunção estrutural.

• Revestimentos normalmente com algunsmilímetros, e pode ser usado em uma só face ounas várias faces do material.

• Aplicação do revestimento (clads): solda porexplosão, laminação conjunta ou por deposição.




➢ Processos de revestimentos metálicos comuns

✓ Cladização

• Clads mais usados na indústria: monel (liga Cu-Al), aço inoxidável e titânio sobre aço carbono.

✓ Deposição por imersão a quente

• O material a ser protegido é imerso em umbanho de metal fundido.

• O zinco e o estanho são os metais mais utilizados,mas o alumínio dá excelentes resultados.


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• Principal campo de aplicação: Superfíciesexpostas à atmosfera, particularmente, de médiaa pouca agressividade






• O processo de zincagem também é conhecidocomo galvanização.

- Nesse processo, os banhos são mantidos emtemperaturas entre 440 °C e 480 °C.

- O tempo de imersão define a espessura dacamada de zinco.

- Utilizado em espessuras que variam de 20 a120 μm, de acordo com a agressividade domeio.


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✓ Metalização

• Processo por meio do qual camadas de materiaismetálicos são depositadas sobre uma superfíciepreviamente preparada (após decapagem).

• Os metais de deposição são fundidos em umafonte de calor gerada no bico de uma pistolaapropriada, por meio de combustão de gases,arco elétrico, plasma e por detonação.

• O metal fundido é pulverizado e aspergido sobreo substrato a proteger.





✓ Metalização

• Utiliza-se para revestimentos com zinco, alumínio(mais indicado), chumbo, estanho e diversasligas.

• Utilizado em espessuras que variam entre 20 a120 μm, de acordo com a agressividade do meio.

• Em meios de maior agressividade érecomendado utilizar um revestimento comtintas para complementar a proteção.


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✓ Metalização





✓ Metalização


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✓ Eletrodeposição

• Consiste na deposição de metais que seencontram na forma iônica em um banho.

• A superfície a revestir é colocada no cátodo deuma célula eletrolítica.

• Utiliza-se principalmente quando se deseja umbom acabamento e o principal campo deaplicação é para pequenas peças, de geometriasimples e uso decorativo.






• Bastante utilizado, pois se conseguerevestimento muito fino, com proteçãoadequada e relativamente livre de poros.

• Importante economicamente – o metaleletrodepositado pode ser caro e a fina camadanão onera tanto.

• Revestimentos mais comuns: Cr, Ni, Au, Ag, Sn,Zn e Cd (tóxico, aplicado por esse processo)

• Empregado para pequenas espessuras: 1-30 μm.


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✓ Deposição química

• Consiste na deposição de metais por meio de umprocesso de redução química.

• Revestimentos mais comuns: cobre e níquel.

• Denominados cobre e níquel químicos, muitoutilizados em peças com formatos delicados e degeometria complexa.

• Por razões de custo é empregado para pequenasespessuras – 10 a 20 μm.


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PROTEÇÃO CATÓDICA



➢ Fundamentos

✓ Entendendo o processo de corrosão

• Para que a corrosão ocorra, três condiçõesdevem estar presentes (1) Dois metaisdissimilares; (2) Um eletrólito (água comqualquer tipo de sal ou sais dissolvidos), (3) Umcondutor metálico entre os metais dissimilares.

• Metais dissimilares: ligas totalmente diferentes(aço e alumínio, por exemplo) ou uma peçametálica com diferenças metalúrgicas micro oumacroscópicas na superfície.


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➢ Fundamentos


• Corrosão: Definida como sendo o ataquedestrutivo e não intencional de um metal(CALLISTER, 2012).

• É um processo eletroquímico – reação químicaem que existe transferência de elétrons de umcomponente químico para outro.

• Normalmente inicia na superfície do material,por estar em contato direto com o meioagressivo.




➢ Fundamentos


• Reação de oxidação: Os átomos metálicosperdem ou cedem elétrons.

• De forma geral, um metal M com valência n,pode oxidar de acordo com a reação.

M → Mn+ + ne-

• O sítio onde a oxidação ocorre é denominado deanodo, e reação de oxidação é chamada dereação anódica.


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➢ Fundamentos


• Reação de redução: Os elétrons gerados dosátomos de metal que é oxidado devem sertransferidos para outro componente químico,tornando-se parte integrante dele.

• No caso de soluções aquosas neutras ou básicasonde também existe oxigênio dissolvido, deveocorrer uma redução de acordo com a reação:

O2 + 4e- + 2H20 → 4OH-




➢ Fundamentos


• Se as condições acima existirem, na superfíciemetálica mais ativa ocorrem reaçõeseletroquímicas que proporcionarão a corrosão domaterial.

• No caso do aço (liga de grande interesseindustrial), ocorre a seguinte reação nos locaismais ativos:

2Fe → 2Fe++ + 4e-


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➢ Fundamentos


• Os elétrons livres grados viajam pelo caminhometálico até os locais menos ativos em queocorre a reação anteriormente mencionada(reação de redução):

O2 + 4e- + 2H20 → 4OH-

• O gás oxigênio convertido em íons de oxigênio –através da combinação com os quatro elétronslivres – que se combinam com a água paraformar íons de hidroxila.




➢ Fundamentos


• As recombinações desses íons na superfície ativaproduzem a seguinte reação (total):

2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe (OH)2

• A qual gera o produto corrosivo de ferro, ohidróxido ferroso (Ferro combinando comoxigênio e água para formar hidróxido ferroso).

• Essa reação é como um fluxo de corrente atravésda água (eletrólito), do anodo (local mais ativo)para o catodo (local menos ativo).


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➢ Fundamentos





➢ Fundamentos

✓ Potencial de eletrodo

• Potencial elétrico (voltagem) gerado quando seconecta dois metais imersos em uma solução.

• A sua magnitude pode ser consideradarepresentativa da força motriz para a reaçãoeletroquímica.


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➢ Fundamentos

✓ Série de Potenciais de eletrodo padrão

• Classificação dos metais de acordo com a suatendência para experimentar uma reação deoxidação em soluções 1 M de seus próprios íonse a temperatura de 25 °C, quando acoplados aum eletrodo de hidrogênio (eletrodo dehidrogênio).

• Eletrodo de hidrogênio: Eletrodo inerte deplatina imerso em uma solução I M de íons H+,saturada com gás hidrogênio borbulhado atravésda solução, a 25 °C e pressão de 1 atm.




➢ Fundamentos



Reação do EletrodoPotencial de Eletrodo

Padrão, E° (v)

↑

Progressivamente

mais inerte

(catódico)

Progressivamente

mais ativo

(anódico)

↓

Au3+ + 3e─ → Au

O2 + 4H+ + 4e─ → 2H2O

Pt2+ + 2e─ → PtAg+ + 1e─ → Ag

Fe3+ + 3e─ → Fe2+

O2 + 2H2O + 4e─ → 4(OH─)

Cu2+ + 2e─ → Cu2H+ + 2e─ → H2

Pb2+ + 2e─ → Pb

Sn2+ + 2e─ → Sn

Ni2+ + 2e─ → NiCo2+ + 2e─ → Cd

Cd2+ + 2e─ → Cd

Fe2+ + 2e─ → Fe

Cr3+ + 3e─ → CrZn2+ + 2e─ → Zn

Al3+ + 3e─ → Al

Mg2+ + 2e─ → Mg

Na+ + e─ → NaK+ + e─ → K

+ 1,420

+ 1,229

+ 1,2+ 0,800

+ 0,771

+ 0,401

+ 0,3400,000

─ 0,126

─ 0,136

─ 0,250─ 0,277

─ 0,403

─ 0,440

─ 0,744─ 0,763

─ 1,662

─ 2,363

─ 2,714─ 2,924

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➢ Fundamentos


• Exemplo - reações de oxidação de um metal M1 ede redução de um metal M2, com os respectivospotenciais padrões, e o potencial global da pilha:

M1 → M1n+ + ne- − E1

o

M2n+ + ne- →M2 + E2

o

ΔE = E2o - E1

o

• ΔEo > 0 (reação espontânea); ΔEo < 0 (reaçãoespontânea é a inversa).




➢ Fundamentos


• Exemplo - reações entre o Fe e o Mg.

• Mg → Mg2+ + 2e- E1o = − 2,77

Fe2+ + 2e- → Mg E2o = − 0,44

ΔE = ─ 0,44 – (─ 2,77) = 2,33

• ΔEo > 0 (reação espontânea).


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➢ Fundamentos

✓ Influência da concentração da solução e datemperatura sobre o potencial de eletrodo padrão

• A alteração da temperatura ou da concentraçãoda solução ou a utilização de eletrodos feitos apartir de ligas em lugar de metais puros altera opotencial da pilha e, em alguns casos, reverte adireção da reação espontânea (equação abaixo).

∆𝐸 = 𝐸2𝑜 − 𝐸1

𝑜 −𝑅𝑇

𝑛𝐹𝑙𝑛

𝑀1𝑛+

𝑀2𝑛+

F = Constante de Faraday = 96500 C/mol




➢ Fundamentos

✓ Série galvânica

• Classificação mais prática e realista dasreatividades relativas de uma série de metais eligas comerciais quando imersos em água do mar.

• Comparativamente aos potenciais de eletrodopadrão, a série galvânica apresenta um alto grau decorrespondência entre as posições relativas.

• A maioria dos metais e ligas está sujeita à corrosãoem maior ou menor grau nos diversos ambientes –mais estáveis no estado iônico – termodinâmica(energia livre menor no estado oxidado).


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➢ Fundamentos




➢ Fundamentos

✓ Corrente de corrosão

• Conclusão: se toda a superfície de uma instalaçãometálica, enterrada ou submersa, adquirircomportamento catódico, ela não sofrerá ataquecorrosivo – PROTEÇÃO CATÓDICA.

• Procedimento: prover a estrutura de um fluxo decorrente de proteção, proveniente de uma fonteexterna, com intensidade capaz de anular acorrente de corrosão das diversas pilhasexistentes na superfície metálica.


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➢ Fundamentos


• Compreendendo: da equação fundamental dacorrosão – I (corrente de corrosão que flui doanodo para o catodo), E (potencial de eletrodo) eR (soma da resistência de saída da corrente doanodo para o eletrólito, com a resistência deentrada da corrente do eletrólito para o catodo –em ohm).

I =𝐸𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜−𝐸𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜

𝑅




➢ Fundamentos


• A corrente flui (processo corrosivo ocorre) quandoexiste diferença de potencial sobre a superfíciemetálica e quando a resistência R possui um valorfinito.

• Para que não haja corrosão - evita-se que acorrente flua: anula-se a diferença de potencialentre as áreas anódica e catódica (proteçãocatódica) ou eleva-se infinitamente o valor daresistência R (aplicação de um revestimentometálico teoricamente perfeito).


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➢ Fundamentos


• Proteção catódica - um dos métodos maisempregados para a proteção de grandesestruturas enterradas ou submersas, parcial outotalmente.

• Dentre as estruturas mais utilizadas, tem-se:tubulações e tanques de estocagem de gás ecombustíveis diversos, plataformas marítimas depetróleo, navios e píeres.




➢ Fundamentos

✓ Tipos de proteção catódica

• O princípio da proteção catódica se baseia emlevar o potencial de corrosão do equipamento ouestrutura a proteger para valorescorrespondentes à imunidade do material.

• Assim, a proteção catódica impede a corrosãoconvertendo todos os locais anódicos (ativos) dasuperfície do metal em locais catódicos(passivos), fornecendo uma corrente elétrica (ouelétrons livres) de uma fonte alternativa.


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➢ Fundamentos

✓ Tipos de proteção catódica

• Tal objetivo pode ser atingido por um dosseguintes métodos:

(a) Proteção por ânodos de sacrifício,

(b) Proteção por corrente impressa.




➢ Proteção por anodo de sacrifício

✓ Proteção por anodo de sacrifício (ou anodogalvânico): o potencial adequado é alcançadodevido ao contato elétrico entre o metal aproteger e um outro metal de potencial decorrosão inferior (menos nobre, mais reativo) nomeio onde estarão colocados.

• Essa prática também é chamada de sistemasacrificial - os anodos galvânicos sacrificam a simesmos para protegerem o aço estrutural ou atubulação contra a corrosão.

-


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✓ Os metais ou ligas metálicas mais comumenteutilizados nos ânodos de sacrifício são: zinco, ligasde magnésio e ligas de alumínio.

✓ Os metais constituintes dos anodos devem serbastantes puros, de modo a se evitar umaautocorrosão do anodo.

✓ ZINCO: anodos bastante usado bastante em águado mar, na proteção de navios, barcos, píeres,plataformas, além de outros equipamentos eestruturas.





✓ LIGAS DE MAGNÉSIO: apresentam o potencial decorrosão mais negativo dos três tipos de ligacitados.

• São usadas em água doce (interior de tanques deágua) e em solos de baixa resistividade (até 6000ohm.cm).

• Desvantagens dessas ligas: possuem preçoelevado e proporcionam o risco de incêndio napresença de faíscas.


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✓ LIGAS DE ALUMÍNIO: têm sido desenvolvidas para aaplicação em proteção catódica, mas é preciso quea natural formação de um óxido protetor sobre o Alseja evitado, pois do contrário se terá umacorrosão muito heterogênea (por pites) do anodo.

✓ Zn, Bi e In: dentre outros elementos, quandoadicionados ao alumínio, possuem a facilidade detornarem o óxido do alumínio pouco protetor etornam seu potencial de corrosão mais negativoque o habitual de outras ligas comerciais.





✓ No caso de anodos de alumínio na proteção de aço(figura), a reação na superfície do alumínio é (4íons de alumínio mais 12 elétrons livres):

4Al → 4AL+++ + 12 e-

✓ Na superfície do aço, o gás oxigênio é convertidoem íons de oxigênio que se combinam com a águapara formar íons de hidroxila:

3O2 + 12e- + 6H20 → 12OH-


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✓ Desde que acorrente (elétronslivres) estejachegando nocátodo (aço) maisrápido do que ooxigênio estáchegando, nãoocorre corrosão.

Sistema de PC de anodo de sacrifício em água do mar




✓ Principais vantagens

• Não requer suprimento de corrente no local.

• Os custos de instalação são baixos.

• Os custos de manutenção são mínimos.

• Raros problemas de interferência com outrasinstalações metálicas enterradas.

• Não oferece risco de superproteção.


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✓ Desvantagens

• A quantidade de corrente fornecida à estrutura élimitada pela diferença de potencial (ddp),bastante baixa, entre os anodos e a estrutura aproteger.

• A proteção ficará muito mais difícil se asresistividades elétricas do meio no local nãoforem suficientes baixas (máximo de 6000ohm.cm).





✓ Desvantagens

• Se o revestimento não for muito bom, ou se aestrutura tiver grandes diâmetro e comprimento,a proteção ficará muito cara, devido à grandequantidade de anodos necessária.

• Se a estrutura estiver influenciada por correntesde fuga originárias de sistemas eletrificadospróximos, dificilmente os anodos galvânicosserão eficientes.


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➢ Proteção por corrente impressa

✓ Nestes sistemas, a polarização do material metálicoa proteger é conseguida pela aplicação de umacorrente catódica através de sua interface, comauxílio de um gerador de corrente contínua (ouretificador).

✓ Para fechar o circuito é necessário, neste caso,também a presença de um eletrodo anódico.

✓ A figura a seguir ilustra um sistema de proteçãocatódica por corrente impressa em uma estruturaparcialmente submersa.






Sistema de PC de anodo de sacrifício em água do mar

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✓ Como a corrente elétrica é fornecidaexternamente, o anodo é polarizado para valoresde potencial acima (mais nobres) do valor depotencial ao qual se estabiliza o cátodo.

✓ A diferença de potencial entre anodo e cátodo ésuprida pela fonte de força eletromotriz.

✓ Assim, não é necessário que o ânodo se dissolva,pois poderá ser um metal inerte que apenas sirvade sede de uma reação anódica qualquer, em gerala de liberação de oxigênio (oxidação da água).





✓ Anodos permanentes: anodos que não se corroem- em geral são de ligas de Ti, Nb ou Ta, platinizadosou revestidos com óxidos de outros metais nobrescomo irídio.

✓ Como não se dissolvem, não é necessária suasubstituição periódica – isso é particularmenteimportante, quando as estruturas a proteger estãoenterradas em lugares de difícil acesso como nosubsolo de cidades ou em lugares afastados decentros de manutenção.


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✓ Anodos corrosíveis: ligas de Fe-Si (que se corroempouco), sucata de ferro ou aço (bastante barata).

✓ Qualquer método que se use de proteção catódicaseria muito caro se fosse necessário trabalhar coma superfície totalmente descoberta - a corrente afornecer é proporcional à área a ser protegida.

✓ Assim, comumente o metal a proteger é revestidopor algum material (pintura, revestimentopolimérico etc.), e a proteção catódica só garantasua ação nas falhas desse revestimento.





✓ Estas falhas, no entanto, vão aumentando com otempo devido a diversos tipos de degradação dorecobrimento e, com isto, vai sendo exigido cadavez mais do sistema de proteção catódica.

✓ No caso de muitos sistemas em água do mar,devido às elevadas correntes elétricas envolvidas,não é incomum usar sistemas de correnteimpressa.


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✓ Nesses casos, usam-se anodos de um tipo que nãose dissolve facilmente em íons metálicos, massustentam uma reação alternativa, a oxidação dosíons de cloreto dissolvidos.

2Cl- → Cl2 + 2e-

✓ A energia é fornecida por uma unidade dealimentação CC externa.






• Fornecer maiores quantidades de corrente àsestruturas.

• Controlar as quantidades de corrente fornecidasao sistema.

• Pode ser aplicado em qualquer meio, mesmonaqueles cujo eletrólito seja de elevadaresistividade elétrica.


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• Ser aplicado, com eficácia, para a proteção deestruturas nuas ou pobremente revestidas.

• Se aplicado, com economia, para a proteção deinstalações metálicas de grande porte.

• Ser utilizado com eficácia onde há correntes deinterferência.





✓ Desvantagens

• Necessidade de manutenção periódica, ainda quede fácil realização.

• Dispêndio com a energia elétrica consumida,embora de pouca monta.

• Possibilidade de criar problemas de interferênciacom outras estruturas metálicas enterradas nasproximidades, mas que também pode ser evitadocom facilidade.


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➢Medida do potencial do metal

✓ Para saber se há ou não corrente suficiente nosistema, mede-se o potencial do metal a protegercontra um eletrodo de referência padrão,geralmente prata/cloreto de prata (Ag/AgCl).

✓ O fluxo de corrente em qualquer metal muda seupotencial normal na direção negativa.

✓ Caso do aço: se essa liga receber correntesuficiente para mudar o potencial para − 0,800 v(prata/cloreto de prata), a corrosão éessencialmente interrompida.




➢Medida do potencial do metal

✓ Devido à natureza dos filmes formados, o potencialmínimo (− 0,800 V) raramente é o potencial ideal eos projetistas tentam alcançar um potencial entre− 0,950 V e −1000 V (Prata/Cloreto de prata).


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