1-Conceitos sobre plásticos
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1-Conceitos sobre plásticos


DisciplinaPolímeros e Metalurgia do Pó26 materiais215 seguidores
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e a quantidade de ramificações da cadeia molecular dos polímeros. Ramificações longas e numerosas tendem a inibir a formação de cristalitos.
Certos polímeros quando aquecidos têm sua transparência gradualmente aumentada, quando progressivamente passam a apresentar estrutura amorfa. Por este fato torna-se evidente a característica transparente dos polímeros amorfos.
A Figura 4 apresenta as estruturas amorfa e semi-cristalina dos termoplásticos.
Figura 4 \u2013 Estrutura de termoplástico amorfo e cristalino.
Propriedades térmicas e mecânicas
De maneira distinta dos aços, os plásticos apresentam o módulo de elasticidade (E) dependente do tempo, de modo que seu valor obtido em ensaios de curta duração não tem validade no projeto de peças plásticas. Com efeito, verifica-se que um corpo de prova de plástico submetido a um carregamento constante apresenta um elongamento crescente. 
Submetendo o plástico a um carregamento suas moléculas enoveladas alongam-se. Mas, uma vez retirada a carga, suas moléculas retornam a posição original, desde que o carregamento seja relativamente pequeno. Carregando-se por um tempo mais longo as forças intermoleculares lentamente cedem fazendo com que as macromoléculas deslizem entre si. O alongamento decorrente deste deslizamento não é mais recuperado após a retirada do carregamento.
O alongamento do plástico é, então, em parte elástico e em parte plástico (viscoso). Por este motivo o comportamento do plástico é considerado viscoelástico. Este comportamento pode ser simplificadamente descrito pelo modelo de Maxwell, ilustrado na Figura 5.
 
Figura 5 \u2013 Modelo de Maxwel para o comportamento viscoelástico dos polímeros.
O modelo é composto de um amortecedor e uma mola. Submetido a uma força, a mola será alongada enquanto o amortecer mantém-se inerte. Mantido o carregamento o amortecedor irá se alongar lentamente. Uma vez retirada a carga a mola retorna a sua posição original enquanto que o amortecedor permanecerá com um alongamento remanescente (alongamento plástico).
Um comportamento do plástico, baseado no mesmo princípio, é o efeito recuperativo. Como exemplo pode-se tomar a dobradura de um tubo plástico, possível graças ao seu aquecimento. Com o resfriamento o tubo permanece moldado. Se pudesse observar as moléculas na região dobrada se verificaria que elas não se encontrariam mais enoveladas, mas sim esticadas. Como a temperatura é muito baixa elas não conseguem retornar à sua forma original. Mas quando novamente se aquece o tubo moldado, as moléculas movimentam-se à sua posição inicial e, com isso, puxam o tubo para a sua posição original. Este processo, onde as orientações moleculares foram recuperadas, é chamado de comportamento recuperativo, ou memória do plástico.
Como se pode perceber, a temperatura e o tempo têm influência decisiva no comportamento mecânico dos plásticos. Um polímero mantido a temperatura suficientemente baixa é relativamente rígido e quebradiço, não apresentando mobilidade de suas moléculas. Com o aumento progressivo da temperatura atinge-se uma região de transição vítrea, em torno de uma temperatura (tg) a partir da qual as cadeias moleculares da região amorfa adquirem aos poucos sua mobilidade. Nessa região o plástico passa a se comportar cada vez mais flexível, menos viscoso.
Se o polímero for suscetível de cristalizar (como os termoplásticos de cadeias lineares), e o aquecimento for lento, pode ocorrer um aumento momentâneo do índice de cristalinidade promovido pela maior mobilidade das moléculas, que prosseguindo o aquecimento torna a cair em face da crescente mobilidade das cadeias (Figura 6).
Figura 6 \u2013 Forma típica da curva de cristalinidade em função da temperatura para um polímero de cadeia linear.
Prosseguindo-se o aquecimento alcança-se a tempertura de fusão cristalina (tm) onde desaparecem completamente as regiões cristalinas. É acima dessa temperatura que se pode moldar o material. Mas se o aquecimento prosseguir atinge-se a temperatura de degradação do polímero, numa reação irreversível. Como regra tg é aproximadamente 2/3Tm. Um exemplo dessa relação é o polietileno de alta densidade cujo tg = -90 °C e tm = 137 °C.
A temperatura na qual ocorrem as temperaturas tg e tm é identificada pela variação do volume específico do polímero. A Figura 7 mostra o comportamento do volume específico em função da temperatura para um polímero com estrutura cristalina, desde a região líquido viscosa (A) até a região vítrea (D). Resfriando-se a partir do ponto (A), passa-se pelo ponto (B) onde ainda há líquido mas com alguma resposta linear. Continuando o resfriamento, (C) representa a região viscosa e (E) a região formada por cristalitos na região viscosa. (D) é a região vítrea enquanto (F) é formada por cristalitos na região vítrea.
Figura 7 \u2013 Volume específico em função da temperatura para um polímero com estrutura cristalina.
Uma vez moldada a peça sua manipulação só é possível abaixo da temperatura de distorção, uma vez que acima dela a viscosidade das regiões amorfas é tão reduzida que o material pode se deformar com o peso próprio.
Certos materiais apresentam temperatura de transição vítrea bem abaixo da temperatura ambiente e por isso mostram-se flexíveis, como é o caso do polietileno e polipropileno, por exemplo. Já o policarbonato e o poliestireno apresentam-se frágeis e quebradiços porque suas correspondentes temperaturas vítreas se situam bem acima da temperatura ambiente. 
As variações da temperatura, mesma que pequenas, podem produzir substanciais alterações na viscosidade do plástico, e por isso em sua deformação, devido ao afastamento da temperatura de transição vítrea. A Figura 8 mostra o efeito da temperatura sobre o comportamento de um polímero de cadeia linear (suscetível, portanto a formar cristalitos) sob tração.
Figura 8 \u2013 Efeito da temperatura sobre a resistência em um polímero.
Como se sabe, o tempo também exerce papel decisivo no comportamento do material plástico sob carregamento. A Figura 9 mostra a variação no nível de deformação em função do tempo, após a aplicação e após a remoção da carga num corpo de prova.
A deformação elástica instantânea verificada no momento da aplicação da carga é devida à tensão aplicada. A deformação elástica retardada deve-se à movimentação lenta das cadeias moleculares, que progressivamente se desdobram e se desenovelam, o que leva algum tempo para ocorrer. O escoamento viscoso é explicado pelo escorregamento relativo das moléculas. Com a posterior descarga do corpo de prova, as moléculas não mais retornam à configuração inicial, deixando uma deformação permanente.
Figura 9 \u2013 Deformação em função do tempo em ensaio de longa duração de carga e descarga.
Esse comportamento do polímero no qual sua deformação é dependente do tempo de aplicação da carga causa influência na tensão aplicada no material, que é tanto maior quanto maior a intensidade do carregamento. A Figura 10 ilustra este comportamento para um policarbonato à 23 °C em ensaio de longa duração. 
Figura 10 \u2013 Comportamento à tração de um policarbonato para diferentes cargas em ensaio de longa duração.
	O comportamento do plástico à fadiga é bastante distinto dos aços. Nos aços existe uma amplitude limite de tensão abaixo da qual a peça não se rompe qualquer que seja o número de ciclos a qual é submetida. No plástico existe sempre um número de ciclos limite, por menor que seja a carga alternante. Além disso, o carregamento cíclico de alta freqüência pode provocar a falha por aquecimento, amolecendo o material. 
5.5 Aditivos e cargas
	Aditivos podem ser genericamente definidos como substâncias ou ingredientes acrescentados à resina plástica a fim de conferir, eliminar, aumentar ou diminuir determinada propriedade ou característica. Alguns aditivos são de uso tradicional e de composição conhecida. Outros, para aplicações mais especializadas, têm formulações que os fabricantes mantêm como segredo industrial.