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O QUE SÃO PLÁSTICOS?
Os plásticos são materiais orgânicos poliméricossintéticos, de constituição macrocelular, dotada degrande maleabilidade, facilmente transformávelmediante o emprego de calor e pressão, e que servede matéria-prima para a fabricação dos maisvariados objetos.
A matéria-prima dos plásticos geralmente é opetróleo. Este é formado por uma complexa misturade compostos.
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CLASSIFICAÇÃO:
Podem ser subdivididos em:
Termofixos: são polímeros de cadeia ramificada, para os
quais, o "endurecimento" (polimerização ou cura) é
consequência de uma reação química irreversível.
Termoplásticos: tem como vantagem sua versatilidade e
facilidade de utilização, desprendendo-se, geralmente, da
necessidade de máquinas e equipamentos muito elaborados
(e financeiramente dispendiosos).
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C C C C C C
HHHHHH
HHHHHH
Polietileno (PE)
ClCl Cl
C C C C C C
HHH
HHHHHH
Poli (cloreto de vinila) (PVC) Polipropileno (PP)
HH
HHH H
C C C C C C
CH3
HH
CH3CH3H
Polímeros
Etileno
C C
HH
HH
C C
HH
HH
C C
HH
HH
C C
HH
HH
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Polímeros
Possíveis rotações e torções em torno de
ligações simples podem levar à formação de cadeias
poliméricas não necessariamente retilíneas.
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Polímeros lineares
As unidades são unidas em cadeiasúnicas. Ex. PVC (Policloreto de vinila),náilon, PMMA (acrílico), PE (polietileno),PS (poliestireno)
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Polímeros ramificados
São polímeros onde cadeias de
ramificações laterais são conectadas às cadeias
principais. É interessante observar que os
polímeros com estrutura linear podem ser
ramificados.
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Polímeros com
ligações cruzadas
São polímeros onde cadeias adjacentesestão unidas umas às outras através de ligaçõescovalentes.
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Polímeros em rede
São polímeros que possuem muitasligações cruzadas formando redestridimensionais. Ex. epóxi.
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Normalmente os polímeros são formados porregiões cristalinas dispersas no interior do materialamorfo. O grau de cristalinidade pode variar decompletamente amorfo até cerca de 95% cristalino.
Cristalinidade em polímeros
Regiãocristalina
Regiãoamorfa
PE
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Cristalinidade em polímeros: esferulitas
Direção de crescimentoda esferulita
Material amorfo
Lamelas cristalinas
Moléculade ligação
Ponto de nucleação
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Direção do aumento da resistência mecânica
Ramificada Ligações Cruzadas RedeLinear
Ligaçõessecundárias
Estrutura molecular
e resistência mecânica de polímeros
20/64Deformação
Tens
ão (
MPa
)
Plástico
Elastômero
Frágil
Propriedades mecânicas de
polímeros
Tensão x Deformação
Limite de resistênciaà tração
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Propriedades mecânicas de polímeros
Tensão x Deformação
Deformação
Tens
ãoLimite de resistência à tração
Limite de escoamento
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Propriedades mecânicas de polímeros
Tensão x Deformação
Polímero Limite de
resistência
à traçã (MPa)
Limite de
escoamento
(MPa)
Alongamento na
fratura
(%)
Polietileno (baixa densidade)
8,3 - 31,4 9,0 – 14,5 100 -650
Polietileno (alta densidade)
22,1 – 31,0 26,2 – 33,1 10 – 1200
PMMA 48,3 – 72,4 53,8 – 73,1 2,0 – 5,5
Náilon 75,9 – 94,5 44,8 – 82,8 15 – 300
PVC 40,7 – 51,7 40,7 – 44,8 40 – 80
PTFE (Politetrafluoreti
leno)20,7 – 34,5 - 200 – 400
Metais 4100 600 100
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Propriedades mecânicas de polímeros
Temperatura x Deformação
Tens
ão (
MPa
)
Deformação
PMMA
temperatura resistência
temperatura alongamento
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Deformação em polímeros
plásticos e frágeis
ruptura frágil
ruptura plástica x
deslizamento dasregiões cristalinas
estrutura fibrilar
próximo à ruptura
alinhamento dasregiões cristalinas
próximo à ruptura
polímerossemicristalinos alongamento
das regiõesamorfas
Carga/descarga
Estrutura inicial
estruturaem rede
estruturalinear
xT
ens
ão (
MPa
)
Deformação
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Deformação em polímeros plásticos e
frágeis
Deformação
Tens
ão
Limite deescoamento
A deformação é confinada ao pescoço!
Início da formaçãodo pescoço
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Deformação em elastômeros
Ligaçõescruzadas
Tensão Tensão
O aumento da entropia faz o polímero retornarà sua forma original quando a tensão é retirada!
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PlásticosQuimicamente inertes, mecanicamente resistentes,
isolantes, transparentes, translúcidos ou opacos, etc...
Revestimentos, brinquedos, lentes, vedações,engrenagens, isolantes, garrafas, etc...
Aplicações de polímeros
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UHMWPE (polietileno de alto peso molecular)
Aplicações de polímeros
Alta resistência química, a impacto, desgaste e abrasão,baixo coeficiente de atrito, autolubrificante e antiaderente.
UHMWPE
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COMPÓSITOS
• Formados por dois materiais a nível
macroscópico
• Enorme gama de propriedades
• Excelentes rigidez e resistência
específicas
• Fibras e matriz cerâmicas
• resistem a altas temperaturas
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TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS
REFORÇADOS
C/PARTÍCULAS
REFORÇADOS
C/ FIBRAS
COMPÓSITOS
LAMINARES
COMPÓSITOS
NATURAIS
• Concreto
• Asfalto
• Cermet
• Fibras de
carbono,
Kevlar, vidro,
etc
• Matriz de
epoxy,
poliéster,
PEEK, etc
• Laminados
de fibras e
resina
• Sandwich
• Madeira
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REFORÇADO COM PARTÍCULAS
CERMETO: CERAMICA + METAL
CORTE DE AÇO REFORÇADO
CONCRETO:
DIFERENÇA ENTRE CIMENTO E CONCRETO
PORTLAND
CONCRETO ARMADO
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Compósitos Reforçados com Fibras
Faz-se uso de compósitos reforçados com fibras em projetos cujos
objetivos incluem uma alta relação resistência/peso.
Influência do comprimento da fibra: quando uma tensão é
aplicada em um compósito deste tipo a ligação matriz-fibra cessa
nas extremidades da fibra.
Lc = σfd/2tc
Comprimento crítico: comprimento de fibra mínimo, necessário
para que haja um efetivo aumento da resistência do compósito.
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Compósitos Reforçados com Fibras
Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o
seu comprimento crítico (lc):
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Alguns arranjos típicos
de fibras em cada
camada de compósito
a) Fibras unidirecionais
contínuas
b) Fibras descontínuas
orientadas de modo
aleatório
c) Fibras unidirecionais
tecidas ortogonalmente
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Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento
ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS
A resistência será máxima
quando as fibras estiverem
orientadas com o esforço
(sendo mínima na direção
perpendicular)
Variação de propriedades com a
orientação das fibras para uma liga de
Titânio reforçada com fibras de Boro
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COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA
MATRIZ
Termoplásticos Termoendurec.
REFORÇO
Fibras
plásticas
Fibras
Carbono
Fibras
VidroCerâmicos Metais
PET
PP
etc
EP, PF
PEEK
etc
PP
Aramid
HM
HS
E
S
SiC
Al2O3
B
Arame
COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA
MATRIZ
Termoplásticos Termoendurec.
REFORÇO
Fibras
plásticas
Fibras
Carbono
Fibras
VidroCerâmicos Metais
PET
PP
etc
EP, PF
PEEK
etc
PP
Aramid
HM
HS
E
S
SiC
Al2O3
B
Arame
MATRIZ DO COMPÓSITO
Transmite os esforços mecânicos aos
reforços (fibras), mantendo-os em
posição, e contribuindo com alguma
ductilidade (em geral pequena) para o
compósito.
REFORÇO DO COMPÓSITO
Elemento que suporta os
esforços no compósito. É, em
geral, de elevadas resistência e
rigidez.
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PROPRIEDADES DA MATRIZ
Matrizes poliméricas têm em geral
baixa resistência e baixo ponto de
fusão
Matrizes metálicas têm maior
resistência e maior ponto de fusão,
mas são mais pesadas
Podem ser usadas matrizes cerâmicas
para resistência a temperaturas
extremamente elevadas, perdendo-se
tenacidade
CONTROLE DE PROPRIEDADESLIGAÇÃO FIBRA-MATRIZ
Se não houver boa aderência da
matriz à fibra, não há distribuição
de esforços eficiente
O coeficiente de expansão térmica
deve ser muito semelhante entre
fibras e matriz
FRAÇÃO EM VOLUME DE FIBRAS
Quanto maior for este valor, maior será a resistência do compósito, até um
valor limite de 80%, a partir do qual deixa de haver “molhagem” total das
fibras pela matriz.
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Fibras
RAZÃO L/d DAS FIBRAS
Quanto maior for este
valor, maior será a
resistência da fibra e
consequentemente do
compósito onde se
insere
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A Fase Fibra
PROPRIEDADES DAS FIBRAS
Devem usar-se fibras com
grandes resistência e rigidez
específicas.
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Compósitos com matriz polimérica
a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras;
b) Boa aderência entre a matriz e as fibras
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COMPÓSITOS AVANÇADOS
COMPÓSITOS DE MATRIZ
METÁLICA
Podem ser usados a temperaturas
superiores em relação aos
compósitos de matriz polimérica
Possuem maior resistência
mecânica que o metal da matriz
não reforçado
Atenua-se a vantagem das
maiores resistência e rigidez
específicas
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COMPÓSITOS AVANÇADOS
• COMPÓSITOS CERÂMICA-CERÂMICA Possuem uma maior tenacidade à fratura em relação ao cerâmico não
reforçado;
Usados apenas em aplicações de elevada temperatura (+ 1000ºC)