Aula 02 - Matrizes - Termoplásticos e Termofixos

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Aula 03 - Materiais Compósitos
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Matrizes poliméricas 
para Compósitos
Aula 03 - Materiais Compósitos
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➢ Introdução e Conceitos Fundamentais
➢ Matrizes Termoplásticas
➢ Matrizes Termofixas
➢ Propriedades Físicas e Termo-mecânicas
Sumário
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Objetivos/Importância
▪ Definir o que são e quais os principais tipos de 
matrizes para materiais compósitos;
▪ Entender as funções e propriedades das diferentes 
matrizes poliméricas;
▪ Saber a estrutura e aplicações das matrizes para 
cada tipo de compósitos.
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Polímeros e suas cadeias de Moléculas
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Obtenção de Polímeros
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Parafinas - Hidrocarbonetos
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Influência do Peso Molecular
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Monômero - Polímero
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Polietileno - Monômero
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Polimerização
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A policondensação é a condensação entre compósitos com, pelo menos, dois 
grupos reativos (por exemplo, grupos carboxila, amina, hidroxila). Dá-se a 
eliminação contínua de pequenas moléculas (por exemplo, água, amoníaco, 
cloreto de hidrogênio) e formam-se macromoléculas em cadeia ou reticuladas. 
A policondensação é um dos processos que se utilizam para a fabricação de 
plásticos, como por exemplo, poliamidas e poliésteres.
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Polietileno
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Polimerização
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Etileno Polietileno
CH2 = CH2 –[CH2-CH2]n-
Esta parte de cadeia
tem 200 unidades de
repetição (mers) i.e.
Mw = 5,600
Amostra de PE Comercial
Mw= 1,000 000
Os polímeros sintéticos geralmente consistem numa mistura de várias
cadeias com tamanhos diferentes Massas moleculares médias.
Peso/Massa Molar Média
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Estrutura Molecular
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→ TERMOPLÁSTICOS
→ TERMOFIXOS
→ ELASTÔMEROS
Tipos de Matrizes
Ao contrário das matrizes cerâmicas, as cargas são geralmente 
adicionadas para aumento de resistência mecânica!
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Processamento de Polímeros
A técnica usada para o processamento de um
polímero depende basicamente:
1.do material ser termoplástico ou termofixo,
2.da temperatura na qual ele amolece (no caso de
material termoplástico),
3.da estabilidade química (resistência à degradação
oxidativa e à diminuição da massa molar das moléculas) 
do material a ser processado,
4.da geometria e do tamanho do produto final.
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Processamento de termoplásticos
Os materiais poliméricos normalmente são processados
em temperaturas elevadas (> 100 ºC) e geralmente com a
aplicação de pressão.
- Os termoplásticos amorfos são processados acima da
temperatura de transição vítrea e os semicristalinos
acima da temperatura de fusão. Em ambos os casos a
aplicação de pressão deve ser mantida durante o
resfriamento da peça para que a mesma retenha sua
forma.
- Os termoplásticos podem ser reciclados.
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Processamento de termorrígidos
IMPORTANTE! Geralmente é feito em duas etapas:
1. Preparação de composição reativa contendo polímero de 
baixo peso molecular - algumas vezes chamado “pré-
polímero”.
2. Processamento e cura (reticulação, vulcanização) do 
“pré-polímero” para obter uma peça dura e rígida, 
geralmente em um molde que tem a forma da peça 
acabada.
Os termofixos não são normalmente recicláveis
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Tipos de Polímeros
MATRIZES TERMOPLÁSTICAS 
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Polímeros Termoplásticos
Plásticos.
Mais encontrados no mercado.
Podem ser fundidos diversas vezes.
Alguns dissolvem-se em vários solventes.
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→ Tornam-se macios e deformáveis quando aquecidos:
→ Característico de moléculas lineares ou ramificadas,
mas não com ligações cruzadas.
→ Como as cadeias são ligadas apenas por forças de Van
der Waals, essas ligações podem ser rompidas por
ativação térmica, permitindo deslizamento das cadeias.
→ Reciclagem
→ Baixo Custo, alta produção.
Matrizes Termoplásticos
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Microestrutura - Cristalinidade
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Borracha
• Transição vítrea dos polímeros;
• Polímeros amorfos;
• Resfriados a partir líquidos fundido – Sólidos Rígidos
(com estrutura molecular desordenada – líquidos)
Rígido
Tg
Duro e 
frágil
Assemelham-se a 
Borracha
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Fenômenos de 
fusão e de 
transição vítrea.
• Parte amorfa pode 
sofrer transição 
vítrea: fusão – sólido 
flexível – sólido rígido
Fusão
Temp. de 
Transição Vítrea
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Alguns polímeros são plásticos a temperatura ambiente e outros são rígidos
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TERMOPLÁSTICOS - PE
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TERMOPLÁSTICOS - PEBD 
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TERMOPLÁSTICOS - PEBD 
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TERMOPLÁSTICOS - PEAD 
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TERMOPLÁSTICOS - PEAD 
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TERMOPLÁSTICOS - PS 
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TERMOPLÁSTICOS - PP 
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TERMOPLÁSTICOS - PP 
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TERMOPLÁSTICOS - PVC 
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TERMOPLÁSTICOS - PVC 
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TERMOPLÁSTICOS - PTFE 
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TERMOPLÁSTICOS - PTFE 
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TERMOPLÁSTICOS - PVA 
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Poliamida (PA)é um polímero termoplástico composto por monômeros de amida 
conectados por ligações peptídicas, podendo conter outros grupamentos. A primeira 
poliamida foi sinetizada na DuPont, por um químico chamado Wallace Hume Carothers, 
em 1935.[1] As poliamidas como o nylon, aramidas, começaram a ser usadas como fibras 
sintéticas, e depois passaram para a manufatura tradicional dos plásticos.
Atualmente, a poliamida tem estreita relação com uma família de polímeros 
denominados poliamídicos, e sua produção é feita a partir de quatro elementos básicos,extraídos respectivamente: do petróleo (ou gás natural), de aromas, do ar e da água 
(carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio)
polimerização por condensação de um grupo amina e um ácido carboxílico
TERMOPLÁSTICOS - POLIAMIDA 
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TERMOPLÁSTICOS - POLIAMIDA 
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Matrizes Termoplásticas Avançadas
Resistência à altas temperaturas
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Matrizes Termoplásticas - Propriedades
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Vantagens:
Alta tenacidade
Boa resistência térmica
Sem cura necessária
Alta ductilidade
Boa resistência à umidade
Boa resistência à fratura
Moldabilidade térmica
Fácil de armazenar
Desvantagens:
Altas temperaturas e pressões de processamento
Alta contração de resfriamento
TERMOPLÁSTICOS COMO MATRIZ
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Tipos de Polímeros
MATRIZES TERMORFIXAS 
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Polímeros Termofixos
Rígidos e frágeis.
Estáveis à variação de temperatura.
O aquecimento decompõe o polímero.
Difícil reciclagem.
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Ao contrário dos termo-plásticos, enrijecem com a
temperatura e não se tornam novamente maleáveis:
Característico de polímeros formados por redes 3D e que
se formam pelo método de crescimento passo a passo:
cada etapa envolve uma reação química. A
temperatura aumenta a taxa de reação e o processo é
irreversível.
Exemplo: Poliuretano, fenois, epoxis, neopreme.
Polímeros Termofixos
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Resinas Poliéster
• As Resinas Poliéster são compostos orgânicos derivados de 
petróleo que passam do estado líquido para o solido 
através da polimerização por condensação em etapas.
• É uma reação química obtida da reação de um ácido mais 
álcool com liberação de uma molécula de água. Poliéster 
significa, portanto, muitos ésteres.
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Termofixos –
Resina Poliéster Insaturada
O termo Poliéster Insaturado indica que qualquer um dos
reagentes de sua composição contem insaturação,
relacionada com a presença das duplas ligações em sua
cadeia molecular. Essas duplas ligações, que serão
quebradas pela ação de determinado catalisador, como
calor, radiação ou peróxido orgânico, irão reagir novamente
entre si para originar o polímero termoestável e irreversível.
As Resinas Poliéster Insaturadas podem ou não utilizar
reforços, como a fibra de vidro, se reforçadas podem
funcionar como plástico de engenharia, com boa resistência
mecânica a ponto de substituir aço, ferro e concreto.
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Resina Poliéster - Polimerização
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Resina Poliéster Insaturada
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A resina fenol-formaldeído é uma resina sintética termofixa, 
obtida como produto da reação dos fenóis com o formaldeído. 
Às vezes, os precursores são outros aldeídos ou outro fenol. As 
resinas fenólicas são utilizadas principalmente na produção de 
circuitos impressos. São mais conhecidas entretanto, para a 
produção de produtos moldados como bolas de bilhar, bancadas 
de laboratório, revestimentos e adesivos. Um exemplo bem 
conhecido é a baquelite, o mais antigo material industrial 
composto de polímeros sintéticos
TERMOFIXOS – RESINAS FENÓLICA
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Síntese Resina Fenólicas - Novolaca
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Resina Fenólicas 
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TERMOFIXOS – RESINAS EPÓXI 
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Resinas Epóxi - Estrutura
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TERMOFIXOS – RESINAS EPÓXI 
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Matrizes Termofixas - Propriedades
Property Epoxy Polyester
Polyimide 
(Bismaleimide)
Specific gravity 1.2-1.3 1.2-1.5 1.42
Tensile strength, MPa 55-130 40-90 115
Initial modulus, GPa 2.8-4.2 2.0-4.5 3.5
Strain to failure, % 1-6 2 8
Poisson‘s ratio 0.2-0.33 0.37-0.39 0.37
Moisture absorption, % 0.1-0.4 0.1-0.3 0.2
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➢ Maior número de anéis aromáticos em epóxi melhoram a 
estabilidade térmica e resistência
➢ Endurecedores aromáticos fornecem mais rigidez que 
endurecedores alifáticos, mas requerem maiores temperatura e 
tempo de cura 
➢ Menor densidade de ligação cruzada melhora a tenacidade
➢ Baixa densidade de reticulação proporciona menor retração
➢ Maior densidade de ligações cruzadas aumenta a temperatura 
de degradação, mas densidade muito alta aumenta a 
fragilidade
REGRAS PARA TERMOFIXOS
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Vantagens:
Resistência elevada
Baixa retração e fluência
Resistência a químicos
Sem porosidade
Boa aderência
Processáveis ​​a baixas temperaturas
Isotrópicos
Desvantagens:
Longos tempos de cura
Fragilidade
Aplicação máxima até cerca de 220 ° C
TERMOFIXOS COMO MATRIZ
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Polímeros Elastômeros
Borrachas.
Classe intermediária entre
os termoplásticos e termofixos.
Não sofrem fusão.
Difícil reciclagem.
Recuperação Elástica.
Baixa densidade de 
ligações cruzadas.
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Borracha natural é macia e pegajosa e tem pouca
resistência à abrasão.
As propriedades podem ser substancialmente melhoradas 
através do processo de vulcanização. 
Polímeros Elastômeros
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Polímeros Elastômeros - Pneus
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ELASTÔMEROS OU BORRACHAS 
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Matrizes Poliméricas
PROPRIEDADES FÍSICAS
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Matrizes Poliméricas - Propriedades
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DEFORMAÇÃO VISCOELÁSTICA - POLÍMEROS
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78
RELAXAÇÃO VISCOELÁSTICA - POLÍMEROS
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Semi-cristalino
ligação cruzada
amorfo
RELAXAÇÃO VISCOELÁSTICA – POLÍMEROS (PE)
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Termorrígidos - Propriedades Físicas
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Comp. Viscoelástico - Termofixos