Estrutura E Propriedades Dos Materiais Polimericos

ESTRUTURA E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS Prof. Carlos César Pestana São Paulo 2009

HISTÓRICO •ANTIGUIDADE: RESINAS E GRAXAS USADAS PARA VEDAR VASILHAMES E COLAR DOCUMENTOS, PELOS EGÍPCIOS E ROMANOS •SÉC. XV: COLOMBO DESCOBRE NO HAITI O LATEX (CAOUTCHOUC) E LEVA-O A EUROPA •SÉC. XVII: ORIGEM DO LATEX NAS AMÉRICAS: EXTRAÍDO DA HEVEA BRASILIENSIS (SERINGUEIRA) •1770: PRIESTLEY DEU NOME À BORRACHA NATURAL •1839: CHARLES GOODYEAR – ACIDENTALMENTE DESCOBRIU A VULCANIZAÇÃO DA BORRACHA DE LATEX – SUA PATENTE GEROU MAIS DE 150 PROCESSOS EM 12 ANOS – MORREU ENDIVIDADO EM 1860 •1846: SCHÓNBIEN, ALGODÃO + ÁCIDO NÍTRICO, OBTEVE A NITROCELULOSE (1º. POLÍMERO SEMI-SINTÉTICO) – ACIDENTE COM HNO3+H2SO4 + CELULOSE : •

NITRATO DE CELULOSE: INFLAMÁVEL

HISTÓRICO

•1897: KRISHE E SPITTLER, FORMALDEIDO + CASEINA, OBTEVE UM PRODUTO ENDURECIDO •1912: BAEKELAND, FENOL+FORMALDEÍDO=BAQUELITE (RESINA FENÓLICA) •1924: STAUDINGER, TEORIA DOS PLÁSTICOS •1929: CAROTHERS DESCOBRIU QUE OS POLÍMEROS SÃO FORMADOS POR MONÔMEROS •1938: CAROTHERS SINTETIZOU O NYLON •NYLON: “NOW YOU ARE LOST OLD NIPPON” •NYLON: “NEW YORK – LONDON”

CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS POLÍMERO

NATURAL OU SINTÉTICO

POLÍMEROS NATURAIS

OCORREM NATURALMENTE NA NATUREZA

EX: BORRACHAS, PROTEÍNAS POLISSACARÍDEOS (AMIDO E CELULOSE), DNA, RNA POLÍMEROS SINTÉTICOS SINTETIZADO PELO HOMEM EX: POLIETILENO, NYLON, RESINA EPOXI, POLIURETANOS E ETC.

CLASSIFICAÇÃO ATUAL •QUANTO AO COMPORTAMENTO MECÂNICO •QUANTO À ESTRUTURA QUÍMICA •QUANTO AO MÉTODO DE PREPARAÇÃO •QUANTO À ESTABILIDADE TÉRMICA (PROCESSAMENTO)

QUANTO AO COMPORTAMENTO MECÂNICO

• BORRACHAS OU ELASTÔMEROS – É um material macromolecular exibindo elasticidade, em longa faixa a temperatura ambiente • PLÁSTICOS – São materiais que contêm como componente principal um polímero orgânico sintético (resina sintética), e se caracteriza porque, embora sólidos a temperatura ambiente em seu estado final, em algum estágio de seu processamento, tornam-se fluídos e possíveis de serem moldados, por ação conjunta ou isolada de calor, pressão ou catalisador. • FIBRAS – É um corpo com uma razão elevada entre o comprimento e as dimensões laterais (transversais), e é composto rincipalmente por moléculas lineares, orientadas longitudinalmente.

POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS As moléculas de um polímero termoplástico são mantidas juntas por meio de forças intermoleculares fracas o material amolece quando exposto ao calor e quando resfriado retorna a sua condição inicial esta operação pode ser repetida inúmeras vezes Tornam-se moles e fluídos por aquecimento, podendo assim ser transformados em qualquer forma que depois é estabilizada por resfriamento. Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes, desde que reaquecidos (são recicláveis). Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos Os polímeros lineares e os ramificados no plano são TERMOPLÁSTICOS Aplicações: ões embalagens para alimentos, isolamento elétrico, cartões de crédito, etc. Termoplásticos: PS, PP, PE, PET, PC Arrefecimento para solidificar e aquecimento para fundir;

Tprocessamento > Tfusão > Tg

POLÍMEROS TERMOFIXOS Temoendurecíveis ou termofixos – as suas cadeias encontramse ligadas covalentemente entre si através de pontos de reticulação. Estes são formados durante a polimerização ou durante o processamento. Solidificam irreversivelmente quando aquecidos. São redes poliméricas tridimensionais, com alto grau de ligações estas ligações restringem o movimento cruzadas entre as cadeias tornando o material rígido. Suas moléculas estão interconectadas por ligações primárias sua formação não podem ser remoldados.

após a

Aplicações: ões componentes automobilísticos, construção civil, colas vernizes, etc. Temoendurecíveis ou Termosets – resinas epóxidicas e fenólicas

POLÍMEROS TERMOFIXOS • Eles

são insolúveis e infusíveis.

• Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos. • Completamente amorfos. • Possuem uma estrutura tridimensional em rede com ligações cruzadas. • Podem ser conformados plasticamente apenas em um estágio intermediário de sua fabricação. • O produto final é duro e não amolece com o aumento da temperatura.

•

PROPRIEDADES MECÂNICAS As propriedades mecânicas de um polímero envolvem seu comportamento

sob solicitação: tensão. • Estas propriedades indicam como um polímero pode ser usado. – – – – – – – –

Qual é a sua resistência? Quanto pode esticar antes que quebre? Quão duro ele é? Quanto pode flexionar? É frágil? Quebra facilmente sob impacto? É duro ou macio? Mantêm-se íntegro sob ciclos de stress?

As propriedades mecânicas dos polímeros são uma das características que as distingue das moléculas monoméricas

PROPRIEDADES MECÂNICAS • Parâmetros

o mesmo adotado para os demais materiais:

– Módulo de elasticidade – Resistência à: • • • • •

Tração Flexão Impacto Compressão Dureza

• Polímeros são materiais viscoelásticos: suas características polímeros dependem: a) tempo; b)temperatura; c)taxa de deformação; d) meio (H2O, O2, solventes orgânicos, etc). • Caracterização mecânica ensaios tensão X deformação

COMPORTAMENTO TENSÃO X DEFORMAÇÃO • São encontrados 3 tipos de comportamento tensão x deformação:

– Polímero plástico: a deformação inicial é elástica, seguida de escoamento e por uma região de deformação plástica (semelhante aos metais – Polímero elástico: deformação totalmente elástica elasticidade típica da borracha, grandes deformações recuperáveis são produzidas , mesmo sob pequenos níveis de tensão (apresentada pelos elastômeros)

Tensão (MPa)

– Polímero frágil: fratura na região elástica Plástico Elástico

Deformação

Tensão (103psi)

Frágil

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO •

O Módulo de Elasticidade (Módulo de Tração) tensão/deformação Polímeros 7MPa

4GPa

48GPa

410GPa

•

Ductibilidade: é o alongamento percentual

•

Limite de escoamento (polímeros plástico): é o valor máximo da curva σy .

•

Limite de resistência à tração: tensão na qual a fratura ocorre TS (pode ser maior ou menor que σy Polímeros Metais

Max de 100MPa Max de 4100GPa

Tensão

Metais

Deformação

Limite de escoamento

Limite de resistência à tração

% de Alongamento na Ruptura • • • •

O alongamento na ruptura é a deformação na amostra quando ela rompe. É geralmente expressa como um percentual. O alongamento na ruptura algumas vezes é denominado de último alongamento. As fibras apresentam um baixo alongamento na ruptura e os elastômeros apresentam um alto alongamento na ruptura.

ε=∆L/L0

Tensão

Ruptura da Amostra

Polímeros alguns alcançam alongamento elástico > 100% Alongamento na ruptura

Deformaç Deformação

Metais

raramente alongamento plástico = 100%

Influência da Temperatura

MPa)) Tensão (MPa

Tensão (103 psi)

A MAIOR DIFERENÇA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS MUDANÇAS DESTES VALORES COM A TEMPERATURA PARA OS POLÍMEROS

Deformaç Deformação

Influência da temperatura sobre as propriedades mecânicas do PMMA

Bibliografia

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