O QUE SÃO PLÁSTICOS?

POLIMEROS 1/64

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

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O QUE SÃO PLÁSTICOS? 4/64

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

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

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

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

Polímeros 9/64

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

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

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

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

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

Cristalinidade em polímeros Célula Unitária Cadeias dobradas Polietileno 15/64

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

Cristalinidade em polímeros: esferulitas 17/64

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

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

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

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

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 14,5 100-650 22,1 31,0 26,2 33,1 10 1200 PMMA 48,3 72,4 53,8 73,1 2,0 5,5 Náilon 75,9 94,5 44,8 82,8 15 300 PVC 40,7 51,7 40,7 44,8 40 80 PTFE (Politetrafluoreti leno) 20,7 34,5-200 400 Metais 4100 600 100 22/64

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

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

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

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

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

Aplicações de polímeros Elásticos... Elastômeros 28/64

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

APLICAÇÕES

Plástico na Construção Civil 31/64

Termofixo 32/64

Termofixo 33/64

Termofixo 34/64

Termofixo 35/64

Termofixo 36/64

Termofixo 37/64

Termofixo 38/64

Termofixo 39/64

Termofixo 40/64

Termofixo 41/64

Tubo de PVC para drenagem 42/64

Termoplásticos 43/64

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Tecidos Multiaxiais 76/64