POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS. Os polímeros podem ser classificados em termoplásticos e termofixos. TERMOPLÁSTICOS

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1 Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Bacharelado em Ciência e Tecnologia Teófilo Otoni - MG Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS Os polímeros podem ser classificados em termoplásticos e termofixos. TERMOPLÁSTICOS Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes, desde que reaquecidos (são facilmente recicláveis). Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos. Lineares ou ramificados. 1

2 TERMOFIXOS Podem ser conformados plasticamente apenas em um estágio intermediário de sua fabricação. O produto final é, em geral, rígido e não apresenta escoamento (não se liquefaz) com o aumento da temperatura. São insolúveis e infusíveis. Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos. Usualmente amorfos. Possuem uma estrutura tridimensional em rede com ligações cruzadas. ELASTÔMEROS 2

3 TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA - Tg -Do inglês: glass temperature (Tg) -Temperatura na qual o polímero apresenta a transição no estado no qual apresenta as características de uma borracha para o estado rígido. -É devida a uma redução no movimento de grandes segmentos das cadeias moleculares. -A Tg corresponde a uma transformação gradual de um líquido em um material borrachoso e, finalmente, em um sólido rígido. 3

4 TRANSIÇÕES TÉRMICAS 4

5 Utilização do polímero de acordo com a temperatura 5

6 SIMBOLOGIA PEBD X PEAD O polietileno de baixa densidade PEBD - tem muitas ramificações e é menos resistente que o polietileno de alta densidade - PEAD - que praticamente não possui ramificações. 6

7 PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS -A técnica usada para o processamento de um polímero depende basicamente: 1.do material ser termoplástico ou termofixo, 2.da temperatura na qual ele amolece (no caso de material termoplástico), 3.da estabilidade química (resistência à degradação oxidativa e à diminuição da massa molar das moléculas) do material a ser processado, 4.da geometria e do tamanho do produto final. 7

8 - Os materiais poliméricos normalmente são processados em temperaturas elevadas (> 100 ºC) e geralmente com a aplicação de pressão. - Os termoplásticos amorfos são processados acima da temperatura de transição vítrea e os semicristalinos acima da temperatura de fusão. Em ambos os casos a aplicação de pressão deve ser mantida durante o resfriamento da peça para que a mesma retenha sua forma. - Os termoplásticos podem ser reciclados. PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS TERMOFIXOS -Geralmente é feito em duas etapas: 1. Preparação de composição reativa contendo polímero de baixo peso molecular - algumas vezes chamado prépolímero. 2. Processamento e cura (reticulação, vulcanização) do pré-polímero para obter uma peça dura e rígida, geralmente em um molde que tem a forma da peça acabada. 8

9 -As ligações formadas entre as cadeias de polímeros fazem com que o polímero fique mais firme. -A borracha natural é macia demais e quimicamente reativa para produzir um material útil. -Através da vulcanização da borracha (formação de ligações cruzadas entre as cadeias de polímeros) produzse materiais úteis. -A borracha com ligações cruzadas é mais firme, mais elástica e menos suscetível à reação química. 9

10 - A etapa de cura pode ser realizada através de aquecimento ou pela adição de catalisadores, em geral com a aplicação de pressão. - Durante a cura ocorrem mudanças químicas e estruturais em escala molecular, com formação de ligações cruzadas ou reticuladas. - Os polímeros termofixos são dificilmente recicláveis, não são fusíveis, podem ser usados em temperaturas maiores do que as temperaturas de utilização dos termoplásticos e são quimicamente mais inertes. PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS Processamento de polímeros termoplásticos 10

11 -Existem diversos métodos para produzir peças ou componentes poliméricos; -As técnicas utilizadas para conformar os polímeros dependem da natureza deles; -Os termoplásticos são conformados a partir de grande variedade de técnicas; *O polímero termoplástico é aquecido, próximo ou acima da temperatura de fusão, de modo que ele se comporte como borracha ou líquido, é então introduzido em um molde ou em uma matriz, para se produzir a forma desejada. *Elatômeros termoplásticos podem ser conformados do mesmo modo. *Nesses processos, as rebarbas e sobras podem ser recicladas e o desperdício é minimizado. *Um menor número de técnicas é utilizado para os termofixos, uma vez que a reticulação tenha ocorrido eles não podem mais ser moldados. TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO Processos Contínuos Extrusão de filmes, extrusão de fibras Preenchimento de molde Moldagem por injeção, moldagem por compressão Moldagem de pré-forma Sopro, conformação térmica Moldagem gradual Revestimento, moldagem por rotação 11

12 EXTRUSÃO -É a técnica mais utilizada. -Tem 2 propósitos: *produzir continuamente polímeros sob formas simples e regulares; *funcionar como misturador eficiente entre os aditivos e os polímeros EXTRUSORA 12

13 EXTRUSORA -Um mecanismo em forma de rosca empurra o termoplástico aquecido e aditivos, através de uma abertura da matriz para produzir formas sólidas, filmes, chapas, tubos, sacos plásticos, etc. -Uma extrusora industrial pode ter de 18 a 21 m de comprimento. MOLDAGEM POR INJEÇÃO 13

14 -O molde é fechado, a válvula é aberta e o polímero é empurrado para dentro do molde, pela rosca que serve de êmbolo. -Após a infeção, uma grande pressão é aplicada para compensar a retração no molde por resfriamento. 14

15 Vídeo: Processamento de polímero por injeção EXTRUSÃO DE FILMES -Uma pré-forma oca de um termoplástico é introduzida em uma matriz e por pressão do ar é expandida contra as paredes do molde. -Na extrusão de filmes e películas, o material é extrudado através de um jato de ar soprado e resfriado por outro jato de ar cuja temperatura é controlada. -Depois o filme é achatado entre 2 roletes de tração e é bobinado 15

16 EXTRUSÃO DE FILMES Vídeo: Processamento de filmes poliméricos por extrusão 16

17 -O polímero resfria-se dentro do molde até uma temperatura abaixo da Tg (polímeros amorfos) ou abaixo da Tf (polímeros semicristalinos). -O objeto solidificado é extraído do molde com pinos extratores. -Um novo ciclo pode começar. MOLDAGEM POR SOPRO -Uma pré-forma oca de um termoplástico é introduzida em uma matriz e por pressão do ar é expandida contra as paredes do molde. -Esse processo é usado para produção de garrafas plásticas, recipientes, tanques de combustível de automóvel e outras formas ocos. 17

18 Vídeo: Processamento de polímero: moldagem por sopro -Moldagem por Termoformação: chapas de plímero termoplástico podem ser conformadas em uma matriz para produzir vários produtos, como caixas de ovos, painéis decorativos. A moldagem pode ser feita utilizando moldes duplos, a vácuo ou sob pressão de ar. -Calandragem: Em uma calandra, plástico fundido é vazado em um conjunto de rolos com uma pequena abertura. Uma fina camada de polímeros passa pelos rolos, que podem ter um padrão em alto relevo. Ex.: cortinas de boxes. 18

19 -Fiação: o polímero termoplástico fundido é pressionado por um molde contendo pequenos furos. O molde (fieira) pode girar e produzir fios trançados de tecidos. Ex.: filamentos, fibras e fios de tecido. -Vazamento: os polímeros podem ser vazados em moldes e solidificados neles. Os moldes podem ser de vidro para produzir grossas chapas ou correias móveis de aço inoxidável para o vazamento contínuo de chapas mais finas. A moldagem rotativa é um processo especial onde a ação centrípeda força o polímero contra as paredes do molde, produzindo uma forma fina. -Ex.: toldos. -Moldagem por Compressão: a maioria dos termofixos é formada colocando-se se o material sólido antes da reticulação em uma matriz aquecida. A aplicação de alta pressão e o controle da temperatura fazem o polímero fundir, preencher o molde e endurecer. Ex.: pára-lamas e paineis de automóveis -Moldagem por Injeção Reativa: termofixos na forma de resinas liquidas são injetados em um misturador e colocados em um molde aquecido para serem conformados. Um material de reforço constituído de partículas ou fibras curtas é introduzido no molde e impregnnado pelas resinas líquidas para produzir o compósito. Ex.: amortecedores de automóveis e móveis 19

20 -Espumas: o polímero é produzido na forma de grânulos, frequentemente contendo um agente de expansão. Durante o processo de pré-expansão, o grânulo aumenta seu diâmetro em até 50 vezes. -São injetados em uma matriz, com os grânulos individuais fundindo-se uns aos outros, sob vapor, para formar produtos leves com baixa densidade. Ex.: copos descartáveis, material para embalagem e isolamento Vídeo: Crescimento de grãos em 2 dimensões 20

21 PROPRIEDADES MECÂNICAS -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 -Resistência à tração -Elasticidade -Ductilidade -Fluência -Fadiga -Dureza -Tenacidade,... -Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las. 21

22 -Tração -Compressão -Cisalhamento -Torção Tipos de Tensões que uma Estrutura está Sujeita Como determinar as propriedades mecânicas? -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. 22

23 NORMAS TÉCNICAS As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: -ASTM (American Society for Testing and Materials) -ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) Fonte: Carlos Alexandre dos Santos-Pucrs 23

24 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO -É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento. Partes básicas de uma máquina para ensaio de tração: -Sistema de aplicação de carga -Dispositivo para prender o corpo de prova -Sensores que permitam medir a tensão aplicada e a deformação promovida (extensiômetro) 24

25 Resistência à Tração Tensão (σ) X Deformação (ε) -Como efeito da aplicação de uma tensão tem-se a deformação (variação dimensional). A deformação pode ser expressa: O número de milímetros de deformação por milímetros de comprimento; O comprimento deformado como uma percentagem do comprimento original. Comportamento dos materiais quando submetidos à tração Resistência à tração Dentro de certos limites, a deformação é proporcional à tensão (a lei de Hooke é obedecida) Lei de Hooke: σ = E ε A tensão aplicada = elasticidade x deformação resultante 25

26 Deformação Elástica e Plástica DEFORMAÇÃO ELÁSTICA -Prescede à deformação plástica -É reversível -Desaparecequandoa tensãoé removida -É praticamente proporcional à tensão aplicada(obedece a lei de Hooke) DEFORMAÇÃO PLÁSTICA -É provocadaportensõesqueultrapassamo limite de elasticidade -É irreversívelporqueé resultadodo deslocamentopermanentedos átomose portantonãodesaparecequandoa tensãoé removida Elástica Plástica 26

27 Fluência Viscoelástica -Muitos materiais poliméricos são suscetíveis a deformações dependentes do tempo quando o nível de tensão é mantido constante, tal deformação é denominada Fluência Viscoelástica. -Esse tipo de deformação pode ser significativo mesmo à temperatura ambientee sob tensões modestas que se encontram abaixo do limite de escoamento do material. Ex.: Pneus de automóveis podem desenvolver áreas achatadas em suas superfícies de contato quando o automóvel fica estacionado por períodos de tempo prolongado. -Nos ensaios é aplicada uma tensão (normalmente de tração) e mantida em nível constante enquanto a deformação é medida em função do tempo. E= σ/ ε σ é a tensão aplicada e ε é a deformação Considerações gerais sobre módulo de elasticidade Como consequência do módulo de elasticidade estar diretamente relacionado com as forças interatômicas: -Os materiais cerâmicos tem alto módulo de elasticidade, enquanto os materiais poliméricos tem baixo; -Com o aumento da temperatura o módulo de elasticidade diminui. 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 Vídeos: Ensaio de polímero tensão 32

33 Capítulo do Callister sobre este assunto: 15 Capítulo do Askeland sobre este assunto: 16 33

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