Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia PMT 3110

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1 Lsta de Exercícos 10 / 2018 Materas Polmércos 1. Curvas tas como Cp f(t, n f(t, ρ f(t, onde Cp é a capacdade calorífca, n o índce de refração, ρ a densdade e T a temperatura, sofrem descontnudades nas temperaturas de transção de um polímero: Tg para polímeros amorfos e Tg e Tm para polímeros sem-crstalnos, onde Tg é a temperatura de transção vítrea e Tm é a temperatura de fusão crstalna. Conseqüentemente, se o volume específco de um polímero, v sp 1/ρ, for meddo em função da temperatura, será possível avalar suas temperaturas de transção. Utlzando-se um dlatômetro ao mercúro é possível medr o volume específco de um polímero. Conforme mostra a fgura ao lado, um dlatômetro ao mercúro consste, bascamente, de uma bureta modfcada (1, na qual pode ser acoplada uma célula arredondada de vdro (2 descartável dentro da qual é colocado o polímero a ser estudado. Num ensao de dlatometra, a célula (na qual se acha o polímero é preenchda com mercúro, e coloca-se um pouco mas de mercúro para que ele entre no caplar da bureta, marcando uma certa graduação que é assumda como sendo o zero do ensao. O conjunto total (bureta + célula + polímero + mercúro é merso num banho de óleo que é aquecdo lentamente. Sob o efeto da temperatura, o conjunto tanto o polímero, quanto o mercúro se dlatam, o resultado fnal é a subda do nível do mercúro na bureta (o aumento do nível do mercúro é a resultante da dlatação de ambos, polímero e mercúro. Note que estamos desprezando tanto a dlatação da bureta como a da célula. São apresentados a segur resultados de ensaos de dlatometra de dos polímeros, na forma de gráfcos de volume específco do polímero em função da temperatura. De posse desses resultados, pede-se: a Identfcar os tpos de transção que sofre cada um dos polímeros bem como as temperaturas de transção. Os materas a temperatura ambente são sem-crstalno ou amorfo? b Consderando os valores fornecdos na Tabela 1, dentfcar os dos polímeros. c Fazer um desenho esquemátco da mcroestrutura dos dos polímeros, quando vsta em um mcroscópo óptco com luz polarzada. Tabela 1 : Valores de Tg e Tm de város polímeros Polímero Tg Tm Polestreno 100 C - Polcarbonato 145 C - Polpropleno -13 C 170 C Poletleno (baxa densdade -130 C 125 C Poletleno (alta densdade -125 C 140 C Nylon 6 40 C 220 C

2 2. Calcule o grau de polmerzação do P-6.6 (pol(hexametleno-adpamda ou nylon-6,6 que apresenta massa molar méda ponderada de 1,2x10 4 g/mol. Na síntese de uma tonelada desse polímero, quanta água necesstara ser evaporada para que o polímero resultante estvesse totalmente sento de água? 3. Na tabela abaxo são apresentados dados relatvos à dstrbução de massas molares determnadas em um polímero. Com base nesses dados, calcule os valores relatvos ao polímero da: a massa molar numérca méda ( number average molecular mass ; b massa molar ponderada méda ( weght average molecular mass ; c poldspersão. Faxa de massas molares Massa méda M Fração x , , , , , , , , ,01 4. Responda as questões abaxo, justfcando as suas respostas. a É possível trturar e recclar uma peça feta do polímero fenol-formaldeído (que é um polímero termofxo? b É possível trturar e recclar uma peça feta de polpropleno (que é um polímero termoplástco? 5. Você utlza um polímero cujo valor de poldspersão, determnado de forma análoga à utlzada no Exercíco 3 desta lsta, é gual a 2,00. Num determnado lote de materal envado para a sua empresa por um fornecedor, a poldspersão determnada pelo laboratóro de controle de qualdade da sua empresa dentfcou um valor de poldspersão no polímero gual a 3,50. Você recusou o lote, mas precsa emtr um relatóro para a sua gerênca. Explque o que podera ter acontecdo no lote para que o valor da poldspersão tenha aumentado. 6. s densdades e as crstalndades percentuas assocadas para dos materas fetos em PTFE (poltetrafluoroetleno são dadas na tabela abaxo. a Calcule as densdades do PTFE totalmente crstalno e do PTFE totalmente amorfo. b Determne o porcentual de crstalndade de uma amostra que possu uma densdade de 2,26 g/cm 3. Densdade (g/cm 3 Crstalndade (% 2,144 51,3 2,215 74,2

3 Lsta de Exercícos 10 / 2018 Materas Polmércos Resolução Exercíco 1 1a Tpos de transção Polímero 1 : Tg 95 C(mudança de nclnação, temperatura de transção vítrea - amorfo Polímero 2 : Tm 175 C (descontnudade na curva, temperatura de fusão semcrstalno 1b Identfcação de cada um dos polímeros Polímero 1: PS Polímero 2: PP Mcroscopa óptca com luz polarzada Polímero 1 Não se dstngue mcroestrutura. Polímero 2 Estrutura brefrngente em cruz-de-malta dos esferultos. Exercíco 2 n HOOC(CH 2 4 COOH + n H 2 N(CH 2 6 NH 2 HOOC(CH 2 4 CO[HN(CH 2 6 NHOC(CH 2 4 CO] n-1 NH(CH 2 6 NH 2 + (2n-1 H 2 O Número de moléculas de água 2n - 1 PR CDEIS LONGS PODE-SE CONSIDERR PR CD MERO FORMDO O DESPRENDIMENTO DE DUS MOLÉCULS DE ÁGU, ISTO É, 2n 1 2 n 2a Grau de polmerzação massa molar ponderada méda do polímero é M w 1,2x10 4 g/mol. O grau de polmerzação (n w é dado MW por : n w molmero mol do mero 226 g/mol n w M mol W mero ,1 2b Quantdade de água numa tonelada de polímero Nesse polímero, com o grau de polmerzação Para 1000 kg deverá evaporar a segunte quantdade calculado no tem 2a, temos que para a de água: formação de um mol do polímero (gual a 12kg há a formação de uma quantdade de água dada por: 1000*1,8936 quantdade de água 157, 8 kg Massa água por mol (2 x 53,1 1 x 18 g ,6 g

4 Exercíco 3 3a Massa molar numérca méda ( number average molecular mass 3b Massa molar ponderal méda ( weght average molecular mass Faxa de massas molares Massa méda M Fração x M x quantdade Fração w M x ΣM x , ,002 5 M w , , , , , , , , , , , , , , , , , , Σ M x Σ M w massa molar numérca méda ( number average molecular weght é Σ M x g/mol. massa molar ponderada méda ( weght average molecular weght é Σ M w g/mol. 3c Poldspersão poldsper são ,142 poldspersão é dada pela razão entre a massa molar ponderada méda e a massa molar numérca méda e é obrgatoramente maor que 1 Esse valor de poldspersão reflete faxas estretas de massas molares. Polímeros sntétcos apresentam geralmente valores de poldspersão superores próxmos a 2,00. Polímeros com valores baxos de poldspersão 1-1,2 são correntemente chamados de monodspersos. poldspersão resulta do processo de síntese empregado. Exercíco 4 4a Não é possível recclar uma peça de fenol-formaldeído, pos esse é um polímero termofxo (apresenta-se totalmente retculado o que mpede. O que pode ser feto com esse polímero é moer e utlzar o pó como uma carga em um outro materal polmérco. 4b É possível trturar e recclar uma peça de polpropleno, uma vez que o polpropleno é um polímero termoplástco. O materal trturado, se aquecdo acma de sua temperatura de transção vítrea, tornase novamente plástco e pode ser moldado novamente, no formato de uma nova peça. No entanto, no processamento de recclagem, algumas propredades do polímero podem ser alteradas, de forma que um polímero termoplástco pode ser recclado, mas com propredades mas ou menos alteradas, dependendo das condções do processamento de recclagem.

5 Exercíco 5 Você deve recusar o lote de qualquer forma, pos uma mudança sgnfcatva na poldspersão pode acarretar uma grande dferença em propredades e em característcas de processamento do polímero na empresa utlzadora (por exemplo, podera não ser possível njetar peças, pos as condções de njeção por exemplo, temperatura, tempos de cclos, pressão de njeção seram dferentes com a mudança na poldspersão do polímero. dferença no lote pode ser atrbuída a: Um problema no controle do processo de síntese no seu fornecedor. Pode estar sendo fornecdo o mesmo tpo de polímero que você utlza (por exemplo, um polestreno, mas de um outro tpo (o termo utlzado é um polímero de outro grade, com dferenças no processo de fabrcação que levam a dferenças na poldspersão. Uma mstura com um outro polímero, propostal (o materal fornecdo é uma blenda polmérca ou acdental (aconteceu uma contamnação com um outro polímero. Fornecmento de mstura de materal não recclado (materal chamado de vrgem com materal recclado. Fornecmento de materal recclado. O materal recclado geralmente apresenta maor poldspersão em relação àquela apresentada pelo mesmo polímero vrgem. Exercíco 6 6a ( ρ S ρ ( ρ ρ % crstalndade ( em peso x 100 ρ onde ρ S é a densdade da amostra do polímero; ρ C do polímero crstalno e ρ do polímero amorfo. S C ( 2,144 ρ ( ρ ( 2,215 ρ ( ρ ρ 51,3 x100 2,144 (eq. I 74,2 x100 (eq. II 2,215 ρ C 2,301 g/cm 3 e ρ 2,000 g/cm 3 6b Utlzando ρ C e ρ calculados e ρ S 2,260 g/cm 3 : 2,301 ( 2,260 2,000 % crstaln dade x ,9% 2,260 2,301 2,000 ( C