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Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas funções:
!estabilizantes,
! plastificantes,
!lubrificantes,
!agentes antiestáticos,
!retardantes de chama,
!pigmentos e corantes,
!agentes de expansão e espumantes,
!nucleantes
!modificadores de impacto,
!cargas e agentes de reforço.
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Cargas
Cargas (“fillers”) são materiais sólidos, insolúveis, que são adicionados aos polímeros durante o processamento em quantidades suficientes para diminuir o custo final ou para alterar de forma controlada alguma de suas propriedades físicas. A combinação produz um material heterogêneo com duas ou mais fases sólidas distintas, comumente chamado de compósito.
Os tipos principais de cargas são:
•Cargas de enchimento: •Cargas de reforço:•Cargas funcionais:
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Cargas
Tipos principais de cargas, caracterizadas por forma de atuação:
•Cargas de enchimento: apenas reduzem o custo do produto.
•Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.
•Cargas funcionais: alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade térmica.
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Alguns tipos de cargas podem ter uma ou outra característica, ou agrupar várias delas de uma só vez.
Um exemplo é o negro de fumo, que pode atuar como:
•Carga de reforço em borracha vulcanizada.
•Carga de enchimento em termoplásticos
•Carga funcional em termoplásticos ou borrachas
•Pigmento em geral.
Cargas
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As cargas também podem ser classificadas quanto à sua natureza ou origem em:
•Cargas inorgânicas ou cargas minerais.
•Cargas orgânicas.
•Cargas metálicas.
Cargas
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Cargas inorgânicas ou cargas minerais.
"Carbonato de Cálcio
"Alumina tri-hidratada
"Silicas; diatomita, sílica gel
"Silicatos; caolin, talco, mica.
"Sulfato de bário
"Antracita
"Fibras de vidro ou microesferas ôcas de vidro.
"Etc.
Cargas
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Micrografia eletronica de:(a) carbonato de calcio moido; (b) sílicamicrocristalina; (c) talco e (d) muscovita, mica.
Cargas
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Micrografia eletrônica de: (e) caolin; (f) wollastonita e (g) micro esferas de vidro.
Cargas
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Cargas orgânicas.
"Negro de fumo
"Pó de madeira
"Celulose
"Sabugo de milho moído
"Fibras vegetais em geral
"Etc.
Cargas metálicas*.
"Fibras ou partículas metálicas*Discutidas na seção de agentes anti-estáticos.
Cargas
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Cargas de enchimento: apenas reduzem o custo do produto.
De um modo geral são compostos inorgânicos:
•Carbonatos, CaCO3
•Asbestos
•Argilas
•Talco, Mg3(Si4O10)(OH)2
•Outros
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
"Propriedades intrínsecas às cargas.
"Aspecto e forma física
"Tamanho e distribuição do tamanho das partículas.
"Natureza química da superfície das partículas.
"Pureza química.
"Higroscopicidade.
"Abrasividade
"Propriedades térmicas, ópticas, elétricas, etc.
"Cu$to
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
Propriedades intrínsecas às cargas.
Aspecto e forma física:
Depende da origem e do processo de fabricação, variam as formas, o tamanho de grão, a área superficial do grão, a apresentação na forma de manta, fibra curta, fibra longa, fibra picada, etc.
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
Tamanho e distribuição do tamanho das partículas:
Afeta as propriedades mecânicas e reológicas do composto, pois definem a área de contato entre os componentes da formulação. Por exemplo, aglomerados não dispersos fragilizam o material.
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
Natureza química da superfície das partículas e pureza química:
Estas características definirão a compatibilidade e adesão da carga à matriz polimérica, pois estão relacionadas com a energia livre superficial, molhabilidade e a presença de grupos químicos superficiais (como hidroxilas ou carboxilas por exemplo).
A presença de contaminantes químicos também deve ser evitada pois eles podem agir como pró-degradantes (caso dos óxidos metálicos) ou, se forem orgânicos, podem se volatilizar durante o processamento provocando a formação de bolhas.
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
Higroscopicidade:
Cargas higroscópicas causam reações de hidrólise durante o processamento (problemático com poliamidas e poliésteres) ou dificultam a moldagem.
Abrasividade:
Causam desgaste prematuro e excessivo dos equipamentos de mistura e de processamento. O quartzo como impureza em cargas minerais pode causar este problema.
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Cargas de enchimento, critérios de seleção:
Propriedades térmicas, ópticas, elétricas, etc
Vão definir as propriedades finais do composto depois de processado. Neste caso essa característica é mais predominante nas cargas funcionais.
Cu$to:
O custo será fator preponderante em cargas de enchimento, onde o principal objetivo é justamente abaixar o custo final da peça.
No caso de cargas funcionais o custo vai depender do valor agregado ao material.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.
Tipos mais comuns de cargas de reforço.
"Fibra de vidro
"Fibras vegetais
"Fibras poliméricas, polímeros auto-reforçados.
"Negro de fumo
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.
"Fibra de vidro
Disponível no mercado com diferentes dimensões, variando o tamanho e o diâmetro das fibras. É usada em larga escala, principalmente com poliamidas (plásticos de engenharia) e resinas termofixas.
Apesar de ser um excelente agente de reforço, tem a desvantagem de ser muito abrasiva aos equipamentos de processamento e seus produtos tem um custo muito alto de reciclagem, seja térmica ou mecânica.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.
Polímeros auto-reforçados“Composites for reciclability”, T. Peijs, Materials Today, abril de 2003, pág. 30.
A tendência moderna é usar fibras de PP de alta performance para reforçar PP, ou seja o material reforçado é composto de um único polímero e, portanto, reciclável por métodos mecânicos.
Esta tecnologia já é usada para material cirúrgico bio-absorvível.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Polímeros auto-reforçados.
Placa de PP manufaturada por termoformagem usando reforço com fibras de PP.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.
Polímeros auto-reforçados.
20720186500,9PP
28430406001,4Linho
277707020002,6Vidro
Tenacidade específica
GPa/g cm-3
Tensão específica
MPa/g cm-3
Tenacidade
GPa
Esforço máximo
MPa
densidade
g cm-3
Fibra
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Polímeros auto-reforçados.
Curvas de DSC das fibras de PP tencionadas e não tencionadas, mostrando o deslocamento do ponto de fusão.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Polímeros auto-reforçados.
Micrografia óptica mostrando a região interfacial transcristalina entre a fibra e a matriz de PP. Fibra e matriz feitos com o mesmo grade de PP.
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Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Polímeros auto-reforçados.
Co-extrusão com um núcleo altamente orientado (B) e uma “pele” de polímero (A). O fio ou a fita são puxados a frio para maior orientação e cristalinidade.
A
A
B
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Compósitos reforçados com fibras vegetais:A.N. Netravali e S. Chabba, “Composites get greener”, Materials Today, abril de 2003, pág. 22.
Fibras vegetais estão sendo cada vez mais usadas em substituição às fibras convencionais devido às seguintes vantagens:
"São produzidas por fontes renováveis.
"São biodegradáveis
"Menos abrasivas ao equipamento de processamento
"Podem ser incineradas
"Melhor capacidade de isolação térmica e sonora.
"Mais leves.
"Sua produção pode resolver graves problemas sociais no campo.
" Menor cu$to.
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Compósitos reforçados com fibras vegetais também tem uma desvantagem:
!Não podem ser reciclados por métodos mecânicos, só podem ser reciclados por métodos térmicos.
Compósitos reforçados com fibras vegetais:
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Compósitos reforçados com fibras vegetais: fibras usadas atualmente e suas propriedades.
61,4 – 128400 - 9383,6 – 3,81,5rami
48 – 89391 – 1000-----0,8Bambu
9,4 – 22,0511 – 6352,0 – 2,51,5Sisal
----6901,6---Canabis
27,6345 – 10352,7 – 3,21,5Linho
26,5393 – 7731,5 – 1,81,3Juta
5,5 – 12,6287 – 5977,0 – 8,01,5Algodão
Modulo/GPaTensão de fratura/MPa
Alongamento na ruptura/%
Densidadeg/cm3
Fibra
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Compósitos reforçados com fibras vegetais:
Seção de corte e vista longitudinal de fibras vegetais:a- sisal, b- juta, c- ramie e d- hanequem
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Compósitos reforçados com fibras vegetais: a maior parte das peças é produzida por termoformagem ou moldagem por compressão.
Alguns exemplos de compósitos produzidos com fibras vegetais.
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Compósitos reforçados com fibras vegetais:
Placas de proteção inferior (“peito de aço”) do modelo Classe A da Mercedez feitas por termoformagem com compósitos de PP reforçados com fibras de linho (“flax”).
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Compósitos reforçados com fibras vegetais:
Peças do modelo Classe E da Mercedez feitas por termoformagem com compósitos de PP reforçados com fibras de linho (“flax”).
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Compósitos reforçados com fibras vegetais:
Painéis de porta feitos com 60 % de fibras vegetais em resina depoliuretano Baypreg® . O poliuretano por outro lado, pode ser produzido a partir de óleo de mamona.
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Cargas funcionais: alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade térmica.
#Fibra de carbono*
#Fibras metálicas*
#Micro esferas ocas de vidro
#Etc.
* Já abordados quando tratamos dos agentes antiestáticos.
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– Compósito de PP puro/HGM; micrografia eletrônica de varredura (aumento de 1000 vezes) de criofraturade espaguete extrudado
- Compósito de PP funcionalizado/HGM ,micrografia eletrônica de varredura (aumento de 1500 vezes) de criofratura de espaguete extrudado
Compósito de PP com micro esferas ocas de vidro, HGM.
A. C. R. Nery Barboza e Marco A. De Paoli, “Polipropileno carregado com microesferas ocasde vidro (glass bubblestm): obtenção de espuma sintática”, Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12 (2002) 130 – 137.
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Funcionalização do PP com anidrido maleico.
CH2 CH
CH3
n
ROOR' ++
O OO
CH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3
OO O
CH2 CHCH2 CH
CH3
CH2 CH
CH3
OO O
RCH3
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Principais Características das Microesferas Ocas de Vidro, HGM, utilizadas
Composição vidroborossilicato
Tratamento de superfície nenhum
Resistência ao Esmagamento (90% permanecem íntegras) / Pa
6,90x103
Densidade / g cm-3 0,37
Diâmetro médio das esferas / mm 85
Cor aparente branco
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! etc .....