PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS. Curso Superior em Engenharia de Materiais Faculdade de Engenharia FAENG Fundação Santo André FSA. Profa. Sandra A.

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Matilde Medina Santos
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1 PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS Curso Superior em Engenharia de Materiais Faculdade de Engenharia FAENG Fundação Santo André FSA Profa. Sandra A. Cruz

2 METODOLOGIA DE ENSINO Aulas (terças e quartas) - ementa - lista de exercícios - seminários relativos a tópicos das aulas - artigos Visitas a empresas

3 Ementa 1) Introdução a Reologia 2) Extrusão e processos baseados em extrusão 2.1) Extrusão com rosca única 2.2) Extrusão com dupla rosca 3) Calandragem 4) Rotomoldagem 5) Termoformagem 6) Injeção 7) Moldagem por Compressão 8) Projetos de Moldes e Matrizes

2) Extrusão com dupla rosca 3) Calandragem 4) Rotomoldagem 5)

4 Avaliação 2 Provas (70%)-média aritmética Atividades em sala de aula média geométrica - Lista de Exercícios (10%) - Avaliação de Artigos (10%) - Seminários (10%)

5 PROCESSAMENTO DE POLíMEROS Operações efetuadas em materiais poliméricos para aumentar valor 1 Tecnologia de converter polímeros, ou compostos contendo polímeros, para artigos de formato desejado Z. Tadmor and C.G. Gogos, Principles of Polymer Processing 2 - S.L. Rosen, Fundamental Principles of polymeric materials for practicing engineers

artigos de formato desejado 2 1 - Z. Tadmor and C.G.

6 PROCESSAMENTO DE POLíMEROS Perguntas e respostas Performance? Aplicação final Custos? Processo e matéria prima Propriedades? Processo e matéria prima A mais importante propriedade de QUALQUER material é seu PREÇO. A mais importante propriedade de QUALQUER processo é seu CUSTO Chris E. Scott - Associate Professor of Polymer Engineering

Processo e matéria prima A mais importante propriedade de QUALQUER material é seu

7 Cadeia Produtiva do Setor Petroquímico Primeira Geração Extração do Petróleo refino 4% para plástico Gás Gasolina Querosene Lubrificante Nafta Central de Matérias-Primas Reserva para 40 anos Monômeros Gás Natural

Gás Gasolina Querosene Lubrificante Nafta Central de

8 Segunda Geração Monômeros Exemplo - PVC: Outros produtos Resinas Termoplásticas PE, PP, PET, PVC, etc... 2 Na Cl + 2 H 2 O 2 NaOH + Cl 2 + H 2 2 H 2 C CH 2 + Cl 2 H 2 C CH 2 H 2 C CH 2 + HCl Cl Cl

9 Terceira Geração Indústrias Transformadoras Produtos Plásticos

10 Monômeros Polimerização Verificação das propriedades dos polímeros Polímeros (com propriedades estabelecidas) Processamento (extrusão, injeção, etc) Produto Plástico preparação de mistura Composto (P+Aditivos) Processamento (extrusão, injeção, etc)

Processamento (extrusão, injeção, etc) Produto Plástico

11 Produto Plástico (com propriedades específicas) controle de qualidade APROVADO REPROVADO ACABAMENTO E UTILIZAÇÃO RECICLAGEM RECICLAGEM

12 Conceitos Importantes: 1) Amorfo X Semicristalino Representação das interfaces entre região cristalina e amorfa Região cristalina: representada pelas cadeias ordenadas em lamelas com dobras Região amorfa: região sem organização Moléculas ligantes ou atadoras : região amorfa com cadeias que participam de mais de uma lamela cristalina

ordenadas em lamelas com dobras Região amorfa: região sem organização Moléculas

13 A cristalização depende da capacidade intrínseca que cada polímero tem de cristalizar e também do resfriamento ao qual o mesmo é submetido.

14 Fatores que afetam a capacidade de um material cristalizar: A) Presença de Ramificação C Ex: PEAD C Ex: PEBD

15 PE B) Grupos laterais volumosos H H PVC H H PS H C H C C C C C H H H H Cl 80% 15% Amorfo C) Flexibilidade da Cadeia Principal POM PPO O CH 2 O 80% Amorfo

16 C) Plastificante Rígido - Tubos PVC Flexível Bolas, bonecas, etc PVC + plastificante AMORFO D) Configurações/Conformações -Atático -Isotático -Sindiotático Encadeamentos: -Cabeça/Cabeça -Cabeça/Cauda/ -Cauda/Cauda

17 Propriedades Afetadas com a Cristalinidade A) Densidade (d=m/v) PEAD x PEBD linear ramificada d cristalinidade densidade para um mesmo polímero B) Propriedades Mecânicas -Resistência a tração aumenta com o aumento da C -Resistência ao impacto diminui com o aumento da C Volumes livres atuam como amortecedores Menor o n 0 de planos de fragilidade

-Resistência a tração aumenta com o aumento da C -Resistência ao impacto diminui com o

18 Esferulitos com luz polarizada

19 C) Resistência Térmica e Resistência Química No geral, com o aumento da cristalinidade ocorre um aumento na resistência térmica e química do polímero D) Permeabilidade a gás - Quanto maior a cristalinidade menor a permeabilidade a gás PET amorfo X PET semicristalino Pré-formas de garrafas Garrafas de refrigerante E) Contração do moldado - Materiais cristalinos tendem a contrair mais que materiais amorfo.

cristalinidade menor a permeabilidade a gás PET amorfo X PET semicristalino Pré-formas de garrafas

20 Temperatura de fusão x Transição vítrea Temperatura em que ocorre a dissolução da fase cristalina Temperatura em que as cadeias da fase amorfa passam a ter mobilidade

21 Transição vítrea A Tg é a propriedade do material onde podemos obter a temperatura da passagem do estado vítreo para um estado maleável, sem ocorrência de uma mudança estrutural. A parte amorfa do material (parte onde as cadeias moleculares estão desordenadas) é a responsável pela caracterização da Temperatura de Transição Vítrea. Abaixo da Tg, o material não tem energia interna suficiente para permitir deslocamento de uma cadeia com relação a outra por mudanças conformacionais. Portanto, quanto mais cristalino for o material, menor será a representatividade da Transição Vítrea.

22 Fatores que afetam a T g Flexibilidade da cadeia principal Quanto mais flexível é a cadeia principal, melhor o polímero se moverá e mais baixa será a sua Tg. A polidimetilsiloxana tem a Tg abaixo de -127 o C. É tão flexível que é líquida à 25 o C, sendo usada como espessante em shampoos e condicionadores. O polifenilenosulfona tem baixíssima mobilidade na cadeia principal. Tão rígido que não possui Tg. A T > 500 o C ainda é vítreo. Para que possa ser processado é necessário introduzir grupos flexíveis na cadeia principal. Tg abaixo de 190 o C

23 Fatores que afetam a T g Grupos pendentes Apesar do citado no slide anterior, grupos pendentes podem também causar maior mobilidade, quanto mais liberdade conformacional (liberdade para girar ligações), maior o volume livre e maior a liberdade para movimentação.

24 Volume livre Quando algum volume livre, entre moléculas, se torna disponível ao lado de uma molécula com liberdade conformacional o movimento se torna possível. À T> Tg aumenta a quantidade de volume livre

25 Reologia Cisalhamento Sempre que um material flui, suas camadas não tem todas a mesma velocidade. Isto ocorre devido ao efeito de bordas causado pelas paredes dos canais. O material colado a parede sempre tem velocidade igual a zero, ao passo que o material do centro tem velocidade máxima... É a diferença de velocidade que há entre as cadeias, causando atrito entre as mesmas

26 No desenho acima, à esquerda, o fluxo é maior, quanto mais distante das paredes do recipiente, onde o fluxo é considerado zero, pelo atrito. No desenho acima, à direita, visualiza-se um corte longitudinal do tubo onde está sendo deslocado o fluido.

27 Tensão de cisalhamento taxa de cisalhamento = dγ τ η = η dt γ dγ dt = s γ = [ ] 1 Reologia vide aula

28 Fratura do Fundido Quando a massa polimérica passa por canais mais estreitos (matrizes) ocorre uma elevação localizada da energia nesse ponto (aumenta P e aumenta γ e τ). Essa energia pode ser tão alta que o polímero não tem tempo para responder e se deformar. Mesmo assim ocorre uma deformação mas na forma de fratura que permanece até a saída na matriz. Muitas vezes ao passar pelo paralelo a FF é reduzida eliminando marcas ou fratura. CUIDADO: comprometimento do desempenho. SOLUÇÃO:

29 Pele de Cação ou de tubarão -Irregularidades na superfície e falta de lisura - Efeito gruda-desliza

30 Viscosidade X Fluidez Enroscos emaranhamentos= entrelaçamento entre moléculas Interação intermolecular MM, grupos laterias, ramificações ou lig. 2a. fortes Forças de atração e repulsão o deslocamneto Movimentação ocorre como se fosse dentro de um tubo Teoria da reptação

31 Viscosidade: resistência ao fluxo e a deformação = exp[ ) ( T T R E T η η η(γ) = η 0 γ n-1 logγ(s -1 ) logη(pa.s)

32 Como existe a dependência entre η e γ é esperado que em um processo onde o polímero flui em canis devido a diferença de P, ocorra variação de viscosidade de uma região para outra perfil parabólico η 2 = τ 2 γ 2 η 1 > η 2 η = 1 τ 1 γ 1

33 Cisalhamento durante o processamento de polímeros -Aquecimento causado por atrito (40%). -Orientação das cadeias no sentido do fluxo reduzindo a viscosidade. Variação de γ (velocidade) arranjos moleculares para velociades e portanto diferentes viscosidades

34 PMMA dependência com a temperatura C C log η (Pa.s) C log γ (s -1 ) Dependência com a massa molar

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