Universidade Federal de Alagoas Campus do Sertão Eixo de Tecnologia. Ciência e Tecnologia dos Materiais. Aula 08 Polímeros

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1 Universidade Federal de Alagoas Campus do Sertão Eixo de Tecnologia Ciência e Tecnologia dos Materiais Aula 08 Polímeros Prof. Alexandre Nascimento de Lima Delmiro Gouveia, outubro de 2017.

2 Introdução Os polímeros são usados em diversas campos, devido às suas diferentes características físicas, químicas e mecânicas: boa resistência à corrosão, baixa massa específica e bom isolamento térmico e acústico. Dentro de cada molécula básica do polímero orgânico os átomos estão ligados entre si através de ligações interatômicas covalentes. Os polímeros naturais (couro, seda, algodão, madeira e borracha), têm sido utilizados a milênios. Os polímeros sintéticos são mais recentes.

3 Introdução No início, apresentaram inúmeros casos de insucessos devido às deficiências de resistência, estabilidade e durabilidade. Polímeros termoplásticos: ao serem aquecidos, sofrem amolecimento e, ao resfriarem, retornam à sua rigidez inicial. Podem ser reciclados. Polímeros termorrígidos (termofixos): formam ligações cruzadas entre as cadeias, e se solidificam. Eles não amolecem com o aumento de temperatura, por isso, uma vez produzidos, não podem retornar ao processamento.

4 Fabricação Os polímeros são oriundos de hidrocarbonetos derivados do petróleo. Entre os produtos da indústria petroquímica podem ser citados as parafinas, o naftaleno e os hidrocarbonetos aromáticos (metano, propano, etano, butenos, benzeno, etc), empregando-se o processo chamado de destilação (refinaria de petróleo). O princípio básico da destilação consiste em separar fluidos com pontos de ebulição diferentes empregando-se aquecimento.

5 Fabricação

6 Fabricação Produzidos por polimerização (adição ou condensação). Aditivos: materiais introduzidos de forma intencional para tornar um polímero mais adequado para uma aplicação. 1. Plastificantes: melhora flexibilidade, dutilidade e tenacidade. Aumentam a distância entre as cadeias e reduzem suas ligações. 2. Pigmentos: para colorir e dar opacidade a um polímero. São materiais de enchimento e servem como barreira aos ataques dos raios UV. Mais usados: TiO 2 e ZnS.

7 Fabricação Técnicas de conformação dos polímeros. A moldagem é o método mais tradicional empregado para a moldagem de plásticos, que consiste em fazer com que um material peletizado ou granulado assuma a forma da cavidade de um molde, por meio da aplicação de elevadas temperaturas e pressões. Principais tipos de moldagem:

8 Moldagem 1. Moldagem por injeção: processo mais empregado, consiste em amolecer o material em compartimento aquecido e injetar com alta pressão para o interior de um molde com temperatura mais baixa. Depois do molde aberto, o material é ejetado.

9 Fabricação

10 Fabricação 2. Moldagem por extrusão: uma rosca mecânica ou um parafuso sem fim propele o material peletizado através de uma zona aquecida, em que o material fica suficientemente aquecido para ser compactado, fundido e moldado na matriz. Na saída, o material é comprimido contra uma matriz com o perfil desejado, podendo ser resfriado, cortado ou enrolado (tubos, bastões, folhas finas e filamentos).

11 Fabricação

12 Fabricação 3. Moldagem por compressão: nesse processo, o material é inserido dentro de um molde. Ambas as partes são aquecidas, e o molde é fechado, com aplicação de calor e pressão no seu interior. Um cuidado que se deve ter quando se emprega esse tipo de moldagem diz respeito à medição cuidadosa da quantidade de pó a ser inserido na cavidade, a fim de garantir o seu completo preenchimento.

13 Fabricação

14 Fabricação 4. Moldagem por fundição: o material é aquecido e vertido em um molde. Nos termoplásticos, o esfriamento dentro do molde leva à solidificação; nos termofixos, é causado por reações químicas em temperaturas elevadas.

15 Fabricação 5. Moldagem por insuflação: usada na fabricação de recipientes. Um pedaço de tubo plástico semi-fundido é extrudado e inserido num molde com a forma desejada. É injetado ar ou vapor sob pressão, no interior do tubo, forçando as suas paredes a se conformarem ao contorno do molde.

16 Fabricação

17 Propriedades 1. Densidade: têm densidade baixa (0,9-1,5 g/cm 3 ), devido aos átomos de C, N, O ou H serem leves e a distância entre os átomos ser maior. 2. Estabilidade dimensional: importante para aplicações como engrenagens e peças de encaixe. A variação de umidade é um dos fatores que alteram tal propriedade. 3. Comportamento mecânico: sua resposta molecular para atingir o equilíbrio com as forças externas é lenta, de forma que o material continua a deformar indefinidamente.

18 Propriedades

19 Propriedades 4. Resistência ao impacto: em baixas temperaturas, apresentam baixa resistência. 5. Permeabilidade a gases e vapores: De forma geral, apresentam uma baixa permeabilidade. 6. Inflamabilidade: ao aquecer, se decompõe em produtos voláteis. Os termofixos apresentam maior dificuldade de combustão (eletricidade). 7. Propriedades térmicas e elétricas: o coeficiente de dilatação térmica é elevada, apresentam baixa condutividade térmica e são bons isolantes elétricos (ρ = a Ω.m).

20 Termoplásticos 1. Polietileno (PE): embalagens industriais e agrícolas, brinquedos, UD, fios e cabos, dutos e mangueiras (PEBD); fios, cabos, redes e tubos rígidos (PEAD); embalagens, fraldas descartáveis e recipientes (PELBD). 2. Poliestireno (PS): elevada dureza, rigidez, baixo custo, resistência à tração, inodoro, insípido, atóxico, pequena absorção. EPS (isopor) densidade de 0,20-0,25 kg/m 3 e é usado como isolamento térmico de coberturas e câmaras frigoríficas, juntas de dilatação, lajes nervuradas e na fabricação de concreto leve.

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22 Termoplásticos

23 Termoplásticos 3. Polipropileno (PP): média resistência mecânica (fibras de vidro), baixa densidade, boa resistência química e baixa resistência aos UV. Usado em peças estruturais, tubos e conexões (química), mesas para laboratório, tubos e conexões para água e fibras em concreto. 4. Policloreto de vinila (PVC): isolante elétrico, térmico e acústico, baixa permeabilidade, boa resistência à oxidação, baixa combustibilidade. Usado em de tubulações, perfis de janelas, revestimentos de cabos e isolamento elétrico.

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25 Termoplásticos

26 Termoplásticos 5. Policarbonato (PC): boa estabilidade dimensional, resistente à intempéries e boa transparência. Substitui vidro em coberturas e fechamentos que exigem iluminação natural (resistência ao impacto 250x maior que o vidro e 50x maior que o acrílico).

27 Termoplásticos 6. Politetrafluoretileno (PTFE): conhecido como Teflon. Baixo coeficiente de atrito, bom isolamento elétrico, baixa condutividade térmica, excelente resistência química. Usado em revestimento aderente de cozinha, fabricação de mantas na construção de tensoestruturas.

28 Termoplásticos 7. Polimetil metacrilato (PMMA): mais conhecido como acrílico, apresenta semelhança com o vidro. Tem características ópticas e mecânicas superiores ao poliestireno, mas apresenta um custo mais elevado.

29 Termoplásticos 8. Poliacetato de Vinila (PVA): tem fracas propriedades mecânicas, por isso mais adequado para a moldagem de materiais. Apresenta elevada adesividade, o que possibilita seu uso sob a forma de emulsão em tintas (interior) e na fabricação de adesivo do tipo cola branca.

30 Termofixos 1. Resinas epóxi (ER): necessitam de um catalisador para que ocorra a polimerização do material com seu componente endurecido. Fazse o adequado proporcionamento entre eles para que o desempenho do material seja satisfatório. Empregadas nas seguintes situações: injeção de fissuras e trincas; união de aço e concreto em reforços; argamassas para preenchimento de descontinuidade em elementos de concreto; adesivo para união de argamassas e concretos em reparos.

31 Termofixos

32 Termofixos 2. Resinas de formaldeído: baquelite (divisórias, elementos elétricos e laminados); resina aminada (compensados, vernizes e adesivos para madeira) e resina melamínica (vernizes e adesivos).

33 Termofixos 3. Polidimetil-siloxano: os silicones resistência elétrica, anti-aderência, resistências químicas, térmicas e ao intemperismo, baixa tensão superficial, repelência à água. Usado para proteger alvenaria e concreto de umidade, em juntas de dilatação em concreto, vedação de esquadrias de alumínio, louças sanitárias, etc.

34 Termofixos 4. Poliamidas: começou a ser comercializada com o nome de nylon. Possuem propriedades físicas próximas às dos metais, como a resistência à tração. Apresentam boa resistência química e fácil moldagem. São apropriadas para engrenagens, ventiladores industriais, parafusos, conectores elétricos, bases de esqui, rodas de bicicleta, etc. Apresentam a desvantagem de serem materiais higroscópicos, fazendo com que suas propriedades mecânicas diminuam e sofram aumento de volume com a incorporação de água.

35 Termofixos

36 Elastômeros 1. Borracha natural (NR): apresenta-se como um material mole e pegajoso, com uma pequena resistência à abrasão. A fim de que suas características serem melhoradas, a borracha natural deve passar pela vulcanização, pela incorporação de moléculas de enxofre. Com a vulcanização, há um aumento do módulo de elasticidade, do limite de resistência à tração e da resistência à degradação por oxidação. O teor de enxofre deve ficar no máximo em 5%, pois, além desse valor, há endurecimento excessivo do material e diminuição da dutilidade.

37 Elastômeros

38 Elastômeros 2. Estireno-butadieno (SBR): uso geral, substitui a borracha natural em quase todos os produtos, exceto em aplicações diferenciadas (pneus de caminhões). Empregado em concreto polimérico. 3. Policloropleno (CR): neoprene. Elevada resistência ao envelhecimento, intempéries, ataque de ozônio e agentes químicos. Utilizado em vestuário de mergulhadores e em esportes aquáticos. Na construção, como aparelhos de apoio em pontes, viadutos e estruturas préfabricadas. Possuem vida útil pequena.

39 Elastômeros

40 Elastômeros 4. Polietileno clorosulfonado: hypalon. Resistente ao ataque químico, elevadas temperaturas trabalho (~150 ºC), abrasão e ozônio. Apresenta algumas propriedades superiores ao neoprene e ainda pode apresentar coloração além de preta. 5. Isobutileno-isopreno: excelente resistência à intempéries e envelhecimento, e baixa permeabilidade, podendo ser usado numa faixa entre -40 ºC até +150 ºC. É utilizado na fabricação de mantas poliméricas para impermeabilização de estruturas.

41 FIM