Física dos Materiais FMT0502 ( )

Transcrição

1 Física dos Materiais FMT0502 ( ) 1º Semestre de 2010 Instituto de Física Universidade de São Paulo Professor: Antonio Dominguesdos Santos Fone: a 21 de maio

2 Polímeros

3 Ligações químicas Ligações iônica, covalente e metálica

4 Física dos Materiais Ligações químicas Polímeros

5 Física dos Materiais Polímeros ou macromoléculas Polímeros naturais: Madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda,... Polímeros biológicos: Proteínas, enzimas, amidos, celulose,... Polímeros sintéticos:...

6 Polímeros ou Macromoléculas Moléculas de hidrocarbonetos - Cada átomo de carbono possui 4 elétrons para fazer ligações covalentes. - Cada átomo de hidrogênio possui 1 elétron. - As ligações intramoleculares são covalentes. Exemplos: Etileno (C 2 H 4 ) Acetileno (C 2 H 2 ) Butano (C 4 H 10 ) H C C H Isomerismo Ligações Simples, Duplas e Triplas Insaturadas Isobutano (C 4 H 10 )

7 Alguns compostos parafínicos C n H 2n+2 Polímeros ou Macromoléculas Moléculas de hidrocarbonetos Mero Polímero Monômero Isobutano -12,3

8 Polímeros ou Macromoléculas Moléculas de hidrocarbonetos Alguns grupos de hidrocarbonetos comuns R e R são radicais orgânicos = Grupo Fenila

9 Polímeros ou Macromoléculas Química das moléculas poliméricas Etileno (C 2 H 2 ) Etileno + Catalizador (R. ) Polietileno

10 Física dos Materiais Polímeros Polietileno (PE) Ângulo de 109 Distância 0,154 nm Politetrafluoroetileno (PTFE) Cloreto de Polivinila (PVC) Polipropileno (PP)

11 Física dos Materiais Polímeros Lista de Meros para os Polímeros mais comuns Trifuncional

12 Física dos Materiais Polímeros Massa molecular Em geral, no processo de produção as cadeias poliméricas apresentam uma grande variedade de tamanhos. Quantidade de semelhantes Massa de semelhantes Massas moleculares típicas ~100 g/mol gases ou líquidos ~1.000 g/mol sólidos pastosos > g/mol sólidos (até vários milhões!!!) M n = xm M i i p = wm i i n n = M m n n p = M m p Grau de polimerização Onde m é a massa molecular do mero

13 Física dos Materiais Polímeros Possíveis estruturas moleculares

14 Física dos Materiais Polímeros Mais provável pouco provável Isomerismo geométrico estereoisomerismo Cis-isopreno borracha natural trans-isopreno guta percha

15 Física dos Materiais Polímeros Copolímeros Borracha de pneu= estireno + butadieno Borracha nitrílica= acrilonitrila + butadieno (muito elástico e resistente quimicamente)

16 Física dos Materiais Polímeros Cristalinidade dos polímeros Moncristal de Polietileno Arranjo de cadeias moleculares de Polietileno

17 Física dos Materiais Cristalinidade dos polímeros Estrutura com cadeia dobrada para um cristalito de polímero em forma de placa esferulite

18 Física dos Materiais Características mecânicas Limite de resistência à tração Frágeis Plásticos Altamente elásticos Limite de elasticidade Dependência com a temperatura

19 Física dos Materiais Características mecânicas

20 Características mecânicas Física dos Materiais Física dos Materiais FMT0502 ( ) Estágios de deformação de um polímero semicristalino 1º Semestre de 2010

21 Física dos Materiais Características mecânicas Dependência com a temperatura Polímero amorfo

22

23

24 Polidimetilsiloxano Polímero à base de Si

25 Física dos Materiais Borrachas

26 Física dos Materiais Polímeros Moldagem

27 Materiais Poliméricos Avançados 1) Polietileno com peso molecular ultra-alto (4x10 6 g/mol) 2) Cristais Líquidos Um possível novo estado da matéria líquido cristalino Características do material - Resistência ao impacto elevada - Alta resistência ao desgaste e abrasão - Baixo coeficiente de atrito - Autolubrificante e não-aderente - Boa resistência química - Excelentes propriedades em baixas temperaturas - Ótimo para amortecimento acústico - Ótimo dielétrico (isolante) Usos do material: Vestimentos à prova de balas, capacetes, linhas de pesca, superfícies dos esquis, núcleos de bolas de golfe, próteses biomédicas, buchas, rotores de bombas, gaxetas de válvulas,... Características do material - Excelente estabilidade térmica (~230 C) - São rígidos e resistentes (E= 10~24GPa, LRT= 125~255 MPa) - Elevada resistência ao impacto (mesmo a baixas temperaturas) - Resistência química - Resistente a chamas Usos do material: Mostradores de cristal líquido, em eletrônica (peças mecânicas), em medicina (componentes esterilizáveis),...

28 Materiais Poliméricos Avançados 3) Elastômeros Termoplásticos É um copolímero com segmentos de um mero duro e rígido e um mero elástico e flexível. Em geral operam em larga faixa de temperatura (-70 a 100 C). O mero flexível é central. O mero rígido (nas extremidades) se aglomera. Acima da temperatura de fusão do mero rígido, ele se funde e pode ser conformado. O processo de fusão-solidificação é reversível. O material pode ser reciclado diversas vezes. Usos do material: Estireno - butadieno - estireno Acabamentos em automóveis, peças de isolamento elétrico, juntas e gaxetas, saltos e solas de sapatos, materiais de calafetagem e vedação, adesivos,... Estireno - isopreno - estireno