Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Características, Aplicações e Processamento dos Polímeros

Ciências dos Materiais
by

Leticia Couto

on 15 May 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Características, Aplicações e Processamento dos Polímeros

Polímeros como material alternativo.
Reciclagem
Apesar da existência de uma grande variedade de termoplásticos, apenas cinco deles, ou seja, o PE, o PP, o PS, o PVC eo PET representam cerca de 90% do consumo nacional.
Comportamento Mecânico dos Polímeros
Engenharia de Tecidos

A Engenharia de Tecidos consiste em um conjunto de conhecimentos e técnicas para a reconstrução de novos órgãos e tecidos.
Baseada em conhecimentos das áreas de ciência e engenharia de materiais, biológica e médica, a técnica envolve a expansão in vitro de células viáveis do paciente doador sobre suportes de polímeros bioreabsorvíveis.
Anne Gabriele
Leticia Couto
Lucas Moura
Raul Lima
Renato Oliveira
Silvia Karoline
Stefanny Maria
Ticianne Dias

Características, Aplicações e Processamento dos Polímeros
Fanor
2014

1. Borrachas sintéticas;



2. Plásticos;




3. Fibras sintéticas.


As propriedades mecânicas dos polímeros são caracterizadas pelo modo com que esses materiais respondem às solicitações mecânicas aplicadas, podendo estas últimas serem do tipo tensões ou deformações.
Por que estudar?
A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.
Principais propriedades mecânicas para polímeros
A caracterização do comportamento mecânico pode ser feita atingindo-se ou não a ruptura do material. Os principais parâmetros mecânicos a serem estudados nos polímeros são:
Módulo de elasticidade;
Limite de resistência à tração;
Resistência ao impacto;
Resistência a fadiga.
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las.
Como determinar as propriedade mecânicas?
Para polímeros, podem existir modificações dos parâmetros do ensaio bem como dos corpos de ensaio.
A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal
Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
ASTM
(American Society for Testing and Materials)
ABNT
(Associação Brasileira de Normas Técnicas)
Ensaio Simples de Tração é utilizado para determinação destes parâmetros.
Quando o comportamento físico mecânico de um polímero é analisado, alguns fatores devem ser levados em conta, sendo principalmente a

massa molecular
,
temperaturas características
e
a temperatura na qual a medida está sendo feita.
são encontrados três tipos de comportamento tensão-deformação tipicamente diferentes nos materiais poliméricos.
Mecanismos de Deformação e para Aumento da Resistência de polímeros
• Polímeros semicristalinos apresentam estrutura esferulítica no seu estado “bruto” (antes da deformação);

• Esferulite: conjunto de cristalitos lamelares com cadeias dobradas e em formato de fita (lamelas), com ≈ 10 nm de espessura, que se estendem radialmente para fora a partir do centro;

• Os cristais lamelares estão separados por um material amorfo;

• As moléculas de ligação entre as lamelas adjacentes passam através das regiões amorfas;

• Cada esferulite pode crescer até adquirir uma forma esférica.

Mecanismo de deformação elástica
• Alongamento das cadeias moleculares na direção de aplicação da tensão de tração
• Dobramento e estiramento das ligações covalentes fortes presentes intramoleculares
• Pode ocorre um ligeiro deslocamento das moléculas adjacentes, após vencer a resistência das ligações secundárias ou de van der Waals fracas

Mecanismo de deformação plástica
A transição de deformação elástica para a deformação plástica ocorre no estágio 3 da figura.
Durante o estágio 3 das lamelas deslizam em relação as outras.
• Interação entre as regiões lamelares e as regiões amorfas intermediárias em resposta à aplicação de uma tensão de tração
• Estágios de deformação plástica de polímeros semicristalinos
• .Alongamento das cadeias de ligação
• Inclinação das lamelas
• Separação de segmentos de blocos cristalinos
• Orientação dos blocos e das cadeias de ligação Grandes deformações destroem a estrutura esferulítica
• A deformação e seus efeitos (estrutura, geometria) são reversíveis após aquecimento (“recozimento”).
Fatores que influenciaram as propriedades Mecânicas dos polímeros semicristalinos
O aumento da temperatura e a diminuição da taxa de deformação:

• diminuem E (módulo de tração) e LRT e melhoram a ductilidade;
Aumento do peso molecular:
• aumenta o LRT;
Aumento do grau de cristalinidade:
• provoca um aumento do E e, geralmente, aumenta o LRT o que
torna o material mais frágil (diminuição da ductilidade)
Pré-deformação (estiramento):
O estiramento é o endurecimento do material após a aplicação de uma tração.É uma técnica de enrijecimento, que aumenta a resistência mecânica e o módulo de tração em polímeros semicristalinos.
• Tratamento térmico:
-Materiais não estirados: recozimento aumenta módulo de tração, o limite de
escoamento e diminui a ductilidade → efeito oposto daquele obsevado para
materiais metálicos.
- Materiais submetido ao estiramento: comportamento oposto devido a perda de orientação da cadeia.
Elastômero
Quando submetidas a tensão, os elastômeros se deformam, mas voltam ao estado inicial quando a tensão é removida. São amorfos ou com baixa cristalinidade, possuindo cadeias moleculares naturalmente espiraladas e dobradas;
Apresentam altas deformações elásticas, resultantes da combinação de alta mobilidade local de trechos de cadeia (baixa energia de interação intermolecular) e baixa mobilidade total das cadeias (ligações covalentes cruzadas entre cadeias ou reticuladas).
Fenômenos da Cristalização, Fusão e Transição Vítrea em Polímeros
Cristalização
- Processo no qual, por resfriamento, uma fase sólida ordenada (cristalina) é produzida a partir de um líquido fundido de estrutura molecular altamente aleatória.
Fusão
- Corresponde a transformação de um material sólido em um material líquido viscoso. Esse fenômeno ocorre quando um polímero é aquecido, na temperatura de fusão Tf.
Transição Vítrea
- Ocorre com os polímeros amorfos. É causado pela diminuição de temperatura denominada temperatura de transição vítrea Tv.

Temperatura de Fusão e Transição Vítrea
A temperatura de fusão
(Tf) de um cristal polimérico corresponde a transformação de um material sólido que tem uma estrutura ordenada de cadeias moleculares alinhadas em um líquido viscoso onde a estrutura é altamente aleatória.
Ex: Quando o polímero é aquecido.
A temperatura de Transição vítrea
(Tv), é um valor representativo de aproximadamente metade do intervalo de transição vítrea, e é sempre menor que a temperatura de Fusão.

Fatores que influenciam a temperatura de fusão e transição vítrea
A curva para o material totalmente amorfo é continua, porem apresenta uma ligeira diminuição na inclinação na temperatura de transição vítrea, Tv. Para um polímero semicristalino (curva B), o comportamento é intermediário entre esses dois extremos , já que são observados tanto o fenômeno da fusão quanto da transição vítrea ; Tf e Tv são propriedades das respectivas fases cristalinas e amorfas nesse material semicristalino. O comportamento apresentado na figura irão depender da taxa de resfriamento ou de aquecimento.​
Gráfico do volume especifico em função da temperatura para resfriamento a partir de um liquido fundido para um polímero totalmente amorfo ( curva A), semicristalino ( curva B ), e cristalino ( curva C). ​
Tipos de Polímeros
1.
Plásticos
São materiais que possuem alguma rigidez estrutural quando submetidos a uma carga e são usados em aplicações de uso geral.

Tipos de Polímeros
2.
Elastômero
polímero que apresenta propriedades "elásticas", obtidas depois da reticulação. Ele suporta grandes deformações antes da ruptura. O termo borracha é um sinônimo usual de elastômero.
3.
Fibras
Materiais muito finos e alongados, como filamentos, que podem ser contínuos ou cortados.
As fibras servem de matéria-prima para manufatura, podendo ser fiadas, para a formação de fios, linhas ou cordas ou dispostas em mantas, para a produção papel, feltro ou outros produtos.
Tipos de Polímeros
Pós Processo
Ocorre um estiramento da fibra.
Alongamento mecânico permanente da fibra na direção do eixo.
Orientação das cadeias moleculares.
Melhoramento na resistência a tração, módulo de elasticidade e tenacidade.
Fabricação de fibras
O processo de formação de fibras se chama
FIAÇÃO
.
O material a ser fiado é primeiramente aquecido até formar um líquido viscoso.
Esse líquido é bombeado através de uma placa chamada fiadora, que contém vários orifícios pequenos e redondos.
Cada orifício é uma fibra formada.
Solidificação rápida ao ser resfriada com sopradores de ar ou banho maria.
Fabricação de elastômeros
Na fabricação de peças de borrachas ou elastômeros são essencialmente as técnicas usadas nos plásticos:
Moldagem por compressão
Extrusão
A maioria dos materiais de borracha passa pelo processo de vulcanização:
É a adição de 2 a 30% de enxofre à Borrachas, sob aquecimento deixando o produto final mais resistente.
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
19
20
21
Polimerização
Os monômeros reagem entre si formando uma longa sequência de unidades repetitivas (meros).
Os mecanismos de polimerização podem ser classificados em:
adição e condensação
.
Polimerização por adição (por reação em cadeia):
1) Iniciação
: formação de sítio reativo a partir de uma espécie
iniciadora (ou catalisadora) e monômero.
2) Propagação da reação:
crescimento linear da molécula.
3) Terminação da reação
: desativação do sítio reativo.
Ex.: Polipropileno, cloreto de polivinila e poliestireno.
Polimerização
Polimerização por condensação (ou reação em estágios): neste processo, as reações químicas intermoleculares ocorrem por etapas, e em geral envolvem mais de um tipo de monômero.
Esse processo se repete sucessivamente, produzindo, neste caso, uma molécula linear e um sobproduto de peso molecular pequeno.

Ex.: Poliéster, náilon e policarbonato.

Alguns exemplos
Aditivos para Polímeros
Substâncias exógenas que modificam ou melhoram as propriedades
mecânicas, químicas e físicas tornando o polímero útil para determinado serviço
ENCHIMENTOS
– melhora o limite de resistência à tração e compressão, a resistência à brasão, tenacidade estabilidade dimensional e térmica.
PLASTICIZANTES
– melhora a ductibilidade, flexibilidade e tenacidade. Reduz a dureza e rigidez
ESTABILIZADORES
– evita deterioração do polímero causada pelo exposição à luz e a oxidação
CORANTES
– conferem uma cor específica ao polímero
RETARDADORES DE CHAMA
– conferem ao polímero resistência à inflamabilidade.

Técnicas de Conformação para plásticos
Para processar composições moldáveis para fabricação de artefatos de borracha ou plástico é necessário que a composição passe por um estado fluido:
Moldagem por compressão
Moldagem por extrusão
Moldagem por injeção
Moldagem por sopro
22
23
24
25
26
27
28
29
Referências bibliográficas
CALLISTER, Jr., William D., 1940 -
Ciência e engenharia de materiais: uma introdução/ William D. Callister,Jr.
tradução Sérgio Murilo Stamile Soares - Rio de Janeiro: LTC, 2008.
Full transcript