O QUE SÃO PLÁSTICOS?

Transcrição

1 POLIMEROS 1/64

2 O QUE SÃO PLÁSTICOS? Os plásticos são materiais orgânicos poliméricos sintéticos, de constituição macrocelular, dotada de grande maleabilidade, facilmente transformável mediante o emprego de calor e pressão, e que serve de matéria-prima para a fabricação dos mais variados objetos. A matéria-prima dos plásticos geralmente é o petróleo. Este é formado por uma complexa mistura de compostos. 2/64

3 O QUE SÃO PLÁSTICOS? 3/64

4 O QUE SÃO PLÁSTICOS? 4/64

5 Podem ser subdivididos em: CLASSIFICAÇÃO: Termofixos: são polímeros de cadeia ramificada, para os quais, o "endurecimento" (polimerização ou cura) é consequência de uma reação química irreversível. Termoplásticos: tem como vantagem sua versatilidade e facilidade de utilização, desprendendo-se, geralmente, da necessidade de máquinas e equipamentos muito elaborados (e financeiramente dispendiosos). 5/64

6 Polímeros Monômero Polímero Ex: madeira, lã, couro, borracha, seda, plásticos... 6/64

7 Polímeros H H C C H H H H C C H H H H H H H H C C C C C C H H H H H H Etileno Polietileno (PE) H H H H H H C C C C C C H Cl H Cl H Cl Poli (cloreto de vinila) (PVC) H H H H H H C C C C C C H CH 3 H CH 3 H CH 3 Polipropileno (PP) 7/64

8 Polímeros Possíveis rotações e torções em torno de ligações simples podem levar à formação de cadeias poliméricas não necessariamente retilíneas. 8/64

9 Polímeros 9/64

10 Polímeros lineares As unidades são unidas em cadeias únicas. Ex. PVC (Policloreto de vinila), náilon, PMMA (acrílico), PE (polietileno), PS (poliestireno) 10/64

11 Polímeros ramificados São polímeros onde cadeias de ramificações laterais são conectadas às cadeias principais. É interessante observar que os polímeros com estrutura linear podem ser ramificados. 11/64

12 Polímeros com ligações cruzadas São polímeros onde cadeias adjacentes estão unidas umas às outras através de ligações covalentes. 12/64

13 Vulcanização Formação de ligações cruzadas através de ligações químicas. Enxofre (S) 13/64

14 Polímeros em rede São polímeros que possuem muitas ligações cruzadas formando redes tridimensionais. Ex. epóxi. 14/64

15 Cristalinidade em polímeros Célula Unitária Cadeias dobradas Polietileno 15/64

16 Cristalinidade em polímeros Normalmente os polímeros são formados por regiões cristalinas dispersas no interior do material amorfo. O grau de cristalinidade pode variar de completamente amorfo até cerca de 95% cristalino. Região cristalina PE Região amorfa 16/64

17 Cristalinidade em polímeros: esferulitas 17/64

18 Cristalinidade em polímeros: esferulitas Direção de crescimento da esferulita Lamelas cristalinas Material amorfo Molécula de ligação Ponto de nucleação 18/64

19 Estrutura molecular e resistência mecânica de polímeros Ligações secundárias Linear Ramificada Ligações Cruzadas Rede Direção do aumento da resistência mecânica 19/64

20 Tensão (MPa) Propriedades mecânicas de polímeros Tensão x Deformação Frágil Limite de resistência à tração Plástico Elastômero Deformação 20/64

21 Tensão Propriedades mecânicas de polímeros Tensão x Deformação Limite de resistência à tração Limite de escoamento Deformação 21/64

22 Propriedades mecânicas de polímeros Tensão x Deformação Polímero Limite de resistência Limite de escoamento Alongamento na fratura à traçã (MPa) (MPa) (%) Polietileno (baixa densidade) Polietileno (alta densidade) 8,3-31,4 9,0 14, ,1 31,0 26,2 33, PMMA 48,3 72,4 53,8 73,1 2,0 5,5 Náilon 75,9 94,5 44,8 82, PVC 40,7 51,7 40,7 44, PTFE (Politetrafluoreti leno) 20,7 34, Metais /64

23 Tensão (MPa) Propriedades mecânicas de polímeros Temperatura x Deformação PMMA temperatura resistência temperatura alongamento Deformação 23/64

24 Tensão (MPa) Deformação em polímeros plásticos e frágeis próximo à ruptura x ruptura frágil estrutura fibrilar próximo à ruptura ruptura plástica x Estrutura inicial Carga/descarga estrutura linear estrutura em rede Deformação deslizamento das regiões cristalinas polímeros semicristalinos alongamento das regiões amorfas alinhamento das regiões cristalinas 24/64

25 Tensão Deformação em polímeros plásticos e frágeis Limite de escoamento Início da formação do pescoço Deformação A deformação é confinada ao pescoço! 25/64

26 Deformação em elastômeros Ligações cruzadas Tensão Tensão O aumento da entropia faz o polímero retornar à sua forma original quando a tensão é retirada! 26/64

27 Aplicações de polímeros Plásticos Quimicamente inertes, mecanicamente resistentes, isolantes, transparentes, translúcidos ou opacos, etc... Revestimentos, brinquedos, lentes, vedações, engrenagens, isolantes, garrafas, etc... 27/64

28 Aplicações de polímeros Elásticos... Elastômeros 28/64

29 Aplicações de polímeros UHMWPE (polietileno de alto peso molecular) Alta resistência química, a impacto, desgaste e abrasão, baixo coeficiente de atrito, autolubrificante e antiaderente. UHMWPE 29/64

30 APLICAÇÕES

31 Plástico na Construção Civil 31/64

32 Termofixo 32/64

33 Termofixo 33/64

34 Termofixo 34/64

35 Termofixo 35/64

36 Termofixo 36/64

37 Termofixo 37/64

38 Termofixo 38/64

39 Termofixo 39/64

40 Termofixo 40/64

41 Termofixo 41/64

42 Tubo de PVC para drenagem 42/64

43 Termoplásticos 43/64

44 Termoplásticos 44/64

45 Termoplásticos 45/64

46 Termoplásticos 46/64

47 Termoplásticos 47/64

48 Termoplásticos 48/64

49 Termoplásticos 49/64

50 COMPÓSITOS Formados por dois materiais a nível macroscópico Enorme gama de propriedades Excelentes rigidez e resistência específicas Fibras e matriz cerâmicas resistem a altas temperaturas 50/64

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52 TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS REFORÇADOS C/PARTÍCULAS REFORÇADOS C/ FIBRAS COMPÓSITOS LAMINARES COMPÓSITOS NATURAIS Concreto Asfalto Cermet Fibras de carbono, Kevlar, vidro, etc Matriz de epoxy, poliéster, PEEK, etc Laminados de fibras e resina Sandwich Madeira 52/64

53 REFORÇADO COM PARTÍCULAS CERMETO: CERAMICA + METAL CORTE DE AÇO REFORÇADO CONCRETO: DIFERENÇA ENTRE CIMENTO E CONCRETO PORTLAND CONCRETO ARMADO 53/64

54 Compósitos Reforçados com Fibras Faz-se uso de compósitos reforçados com fibras em projetos cujos objetivos incluem uma alta relação resistência/peso. Influência do comprimento da fibra: quando uma tensão é aplicada em um compósito deste tipo a ligação matriz-fibra cessa nas extremidades da fibra. Comprimento crítico: comprimento de fibra mínimo, necessário para que haja um efetivo aumento da resistência do compósito. L c = σ f d/2t c 54/64

55 Compósitos Reforçados com Fibras Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o seu comprimento crítico (l c ): 55/64

56 Alguns arranjos típicos de fibras em cada camada de compósito a) Fibras unidirecionais contínuas b) Fibras descontínuas orientadas de modo aleatório c) Fibras unidirecionais tecidas ortogonalmente 56/64

57 Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS A resistência será máxima quando as fibras estiverem orientadas com o esforço (sendo mínima na direção perpendicular) Variação de propriedades com a orientação das fibras para uma liga de Titânio reforçada com fibras de Boro 57/64

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59 COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA MATRIZ REFORÇO Termoplásticos Termoendurec. Fibras plásticas Fibras Carbono Fibras Vidro Cerâmicos Metais PET PP etc EP, PF PEEK etc PP Aramid HM HS E S SiC Al2O3 B Arame MATRIZ DO COMPÓSITO REFORÇO DO COMPÓSITO Transmite os esforços mecânicos aos reforços (fibras), mantendo-os em posição, e contribuindo com alguma ductilidade (em geral pequena) para o compósito. Elemento que suporta os esforços no compósito. É, em geral, de elevadas resistência e rigidez. 59/64

60 CONTROLE DE PROPRIEDADES PROPRIEDADES DA MATRIZ Matrizes poliméricas têm em geral baixa resistência e baixo ponto de fusão Matrizes metálicas têm maior resistência e maior ponto de fusão, mas são mais pesadas LIGAÇÃO FIBRA-MATRIZ Se não houver boa aderência da matriz à fibra, não há distribuição de esforços eficiente O coeficiente de expansão térmica deve ser muito semelhante entre fibras e matriz Podem ser usadas matrizes cerâmicas para resistência a temperaturas extremamente elevadas, perdendo-se tenacidade FRAÇÃO EM VOLUME DE FIBRAS Quanto maior for este valor, maior será a resistência do compósito, até um valor limite de 80%, a partir do qual deixa de haver molhagem total das fibras pela matriz. 60/64

61 Fibras RAZÃO L/d DAS FIBRAS Quanto maior for este valor, maior será a resistência da fibra e consequentemente do compósito onde se insere 61/64

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63 PROPRIEDADES DAS FIBRAS Devem usar-se fibras com grandes resistência e rigidez específicas. A Fase Fibra 63/64

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67 Compósitos com matriz polimérica a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras; b) Boa aderência entre a matriz e as fibras 67/64

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72 COMPÓSITOS AVANÇADOS COMPÓSITOS DE MATRIZ METÁLICA Podem ser usados a temperaturas superiores em relação aos compósitos de matriz polimérica Possuem maior resistência mecânica que o metal da matriz não reforçado Atenua-se a vantagem das maiores resistência e rigidez específicas 72/64

73 COMPÓSITOS AVANÇADOS COMPÓSITOS CERÂMICA-CERÂMICA Possuem uma maior tenacidade à fratura em relação ao cerâmico não reforçado; Usados apenas em aplicações de elevada temperatura (+ 1000ºC) 73/64

74 Comparação entre as resistências específicas de materiais compósitos e não compósitos. 74/64

75 Autoclave para produção de compósitos Fabrico com pré-impregnados, com vácuo e em autoclave 75/64

76 Tecidos Multiaxiais 76/64