LISTA DE DEGRADAÇÃO

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE 
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE MATERIAIS 
PROFESSOR RÔMULO FEITOSA NAVARRO 
ALUNO: José Vieira Neto 
4º ESTÁGIO 
LISTA DE DEGRADAÇÃO DE POLÍMEROS 
Leia o Capítulo 5 do livro Aspectos da Degradação de Polímeros e responda às seguintes 
questões: 
1) Quais os princípios que governam a modificação das propriedades mecânicas de polímeros 
sob degradação? 
A modificação das propriedades mecânicas de polímeros durante a degradação pode ser 
governada por diversos princípios. A degradação dos polímeros ocorre devido a fatores como 
ação de calor, luz, oxigênio, umidade, agentes químicos ou biológicos. Durante esse processo, 
os polímeros podem sofrer alterações em suas características mecânicas, tais como resistência, 
ductilidade, tenacidade e rigidez. 
Dentre os dois aspectos principais que se modificam sob processo de degradação estão: 
• Acomodação de situações de não-equilíbrio das moléculas após a solidificação: pós-
cristalização, relaxação de orientações moleculares, etc.; 
• Modificação na estrutura macromolecular como, por exemplo, surgimento de ligações 
cruzadas, cisão de cadeia, etc. 
2) No caso específico do polipropileno, quais são as principais modificações? 
No caso do polipropileno, a degradação, medida pela redução drástica da deformação na 
ruptura e da resistência à tração, só deve ocorrer sob elevado grau de foto oxidação para que 
seja possível a destruição das moléculas atadoras dos cristalinos ou quando da eliminação da 
integridade das cadeias. 
3) Qual a influência da espessura da amostra no processo de modificação das propriedades 
mecânicas sob degradação? 
A espessura da amostra de materiais poliméricos pode afetar a modificação das propriedades 
mecânicas durante a degradação. 
Além dos aspectos de ordem molecular e estrutural, características macroscópicas das amostras 
expostas, como espessura, devem ser levadas em consideração. Sendo a amostra um filme fino, 
a degradação será homogênea e a difusão de oxigênio não irá controlar o processo, visto que a 
concentração de oxigênio será praticamente igual ao longo de toda a espessura da amostra 
exposta. Por outro lado, em amostras mais espessas, a degradação na superfície será muito mais 
intensa do que no núcleo da amostra, especialmente em baixos tempos de exposição e depende 
fortemente da difusão do oxigênio que, muitas vezes, é consumido nas camadas mais externas 
antes de atingir o interior. Nesse caso, contam ainda a forma como a amostra foi moldada, pois 
o tipo de moldagem governa o padrão das trincas formadas, e a possibilidade de não haver uma 
distribuição homogênea dessas trincas, o que pode abreviar o processo de fratura da amostra 
sob tração. 
4) Quais os efeitos principais sobre módulo elástico, tensão de escoamento e propriedades na 
ruptura? 
A degradação de um material pode causar efeitos significativos no módulo elástico, tensão de 
escoamento e propriedades na ruptura. Durante a degradação, o módulo elástico pode diminuir 
devido à quebra de ligações químicas e à redução da massa molecular. A tensão de escoamento 
também pode diminuir devido à quebra de ligações químicas, redução da massa molecular e 
alteração da estrutura molecular. Além disso, a degradação pode enfraquecer o material, 
levando a uma diminuição na resistência à tração, ductilidade e tenacidade na ruptura. 
É importante considerar que os efeitos da degradação nas propriedades mecânicas podem 
variar de acordo com o tipo de material polimérico, taxa e tipo de degradação, bem como as 
condições específicas de degradação. Cada material polimérico possui características únicas que 
influenciam a forma como suas propriedades mecânicas são afetadas pela degradação. 
5) Existe diferença entre o comportamento do polímero puro e do compósito com fibra sob 
degradação? Se sim, quais? 
Há diferenças no comportamento de um polímero puro e de um compósito com fibra sob 
degradação. Os compósitos com fibra podem apresentar uma degradação seletiva, com a matriz 
se degradando mais rapidamente do que as fibras. Além disso, as fibras de reforço tendem a ser 
mais resistentes à degradação do que a matriz polimérica. 
Essas diferenças resultam em comportamentos mecânicos distintos, como uma diminuição geral 
das propriedades mecânicas nos polímeros puros e um comportamento mais complexo nos 
compósitos com fibra. 
A durabilidade (ou degradação) dos compósitos poliméricos com fibra de vidro é ditada pela 
durabilidade (ou degradação) de cada um dos constituintes bem como da interface 
polímero/fibra. Todavia, no caso de propriedades dependentes do tempo, a polímero e a 
interface polímero/fibra possuem maior influência devido à proteção que dão às fibras contra 
as ações do ambiente. Em todo caso, o que torna mais grave o processo de degradação desse 
tipo de sistema polimérico é que cada um dos três (fibra, polímero e interface) apresenta um 
mecanismo diferente de degradação agindo de forma simultânea e cumulativa. E é esse 
sinergismo que leva a resultados, muitas vezes, inesperados, sobretudo, porque esses mesmos 
mecanismos de deterioração mudam conforme as condições de exposição: presença ou não de 
umidade, por exemplo. 
Embora a resistência mecânica do compósito polipropileno /fibra de vidro aumente com o teor 
de fibra, o compósito pode ser menos resistente a foto oxidação do que o polipropileno puro, 
se o polipropileno reforçado por fibras de vidro não relaxar tão prontamente quanto o 
polipropileno puro, resultando em uma maior concentração de tensões residuais no compósito 
e em uma maior fragilidade frente ao processo de fotodegradação. No caso, de cargas não-
fibrosas, os compósitos poliméricos com essas cargas (mesmo com menor resistência mecânica 
do que o polímero puro na maioria dos casos) matem quase que inalterada sua resistência inicial 
ao longo do tempo de exposição, se a carga absorver e/ou filtrar a energia emitida pela luz. Caso 
contrário, atuam como foto ativadores diminuindo ainda mais a resistência do compósito à ação 
da degradação. 
6) Qual dos fatores de degradação (temperatura, umidade e irradiação) é mais danoso às 
propriedades mecânicas? 
A temperatura é considerada o fator mais prejudicial às propriedades mecânicas dos materiais, 
incluindo polímeros. A exposição a altas temperaturas pode levar à quebra de ligações químicas, 
redução do peso molecular e diminuição da resistência mecânica. Além disso, a temperatura 
pode acelerar processos de reação química, como oxidação e hidrólise, que degradam ainda 
mais as propriedades mecânicas. A umidade também desempenha um papel na degradação por 
meio de hidrólise. A irradiação, como a luz UV, causa degradação fotoquímica, afetando a 
resistência e a ductilidade. No entanto, a temperatura tem um impacto mais acentuado. O efeito 
de cada fator depende do tipo de polímero, tempo de exposição e condições específicas. Todos 
esses fatores devem ser considerados ao avaliar a degradação e suas consequências nas 
propriedades mecânicas dos polímeros. 
Leia o paper sobre ação da degradação sobre a tensão de escoamento e responda às questões 
a seguir. 
7) O efeito da degradação sobre a tensão de escoamento é diferente para diferentes 
materiais? Explique 
Sim, o efeito da degradação na tensão de escoamento pode variar para diferentes materiais 
poliméricos. Isso ocorre devido a diferenças nas estruturas químicas e propriedades mecânicas 
dos polímeros, que influenciam sua resposta à degradação. A estrutura química, o peso 
molecular inicial e o ambiente de degradação são fatores importantes que contribuem para as 
diferenças observadas na resposta à degradação. 
Ao contrário de outras propriedades mecânicas, a tensão de escoamento não apresenta um 
comportamento padrão em termos de variação frente ao envelhecimento. Sendo uma 
propriedade intermediária entreos regimes elástico e plástico de deformação, seria justo supor 
um comportamento intermediário entre aqueles referentes aos estágios inicial e final de 
deformação, quando o material é exposto a condições de deterioração: temperatura, umidade 
e radiação. 
8) Alteração na tensão de escoamento sob degradação modifica o caráter da fratura (se frágil 
ou dúctil)? 
Sim, a degradação de um material polimérico pode alterar o caráter da fratura, tornando-a mais 
frágil ou mais dúctil. Em condições normais, os polímeros tendem a apresentar fratura dúctil, 
com deformação plástica antes da falha. No entanto, a degradação pode comprometer as 
propriedades mecânicas, incluindo a tensão de escoamento. 
Se a degradação resultar em uma diminuição significativa da tensão de escoamento, o material 
pode se tornar mais frágil. Nesse caso, a deformação plástica é reduzida e a falha ocorre de 
forma rápida e sem deformação significativa. 
Por outro lado, em alguns casos, a degradação pode aumentar a ductilidade do material, 
permitindo maior deformação plástica antes da falha. 
Cada material polimérico e suas condições específicas de degradação podem apresentar 
respostas diferentes em relação ao caráter da fratura. 
Amostra de poliuretano expostas a 120°C por várias semanas, apresenta um comportamento 
não regular para várias propriedades mecânicas frente ao tempo de exposição, todavia, após 
uma semana de exposição, a tensão de escoamento diminui gradativamente com o tempo de 
exposição, sem que isso implique diminuição na capacidade de apresentar deformação plástica. 
Ou seja, não há transição dúctil-frágil, mas o material, mesmo não tendo alterada 
significativamente sua deformação na ruptura, se rompe em tensões cada vez mais baixas. 
Polímeros como o policarbonato apresentam comportamento típico de transição dúctil-frágil 
durante a exposição. 
Leia o paper de Elastic Properties of Degradated Polypropylene e responda às seguintes 
questões: 
9) O que significa o termo "global compliance" e qual sua importância? 
Com o objetivo de avaliar a influência de indices de carbonila e cristalinidade sobre a 
deterioração das propriedades elásticas das amostras expostas, a uma nova quantidade elástica, 
denominada espectros globais de conformidade. Este parametro indica a propensão da amostra 
a ser instantaneamente deformada por uma tensão estática imposta, e depende das mudanças 
no índice de carbonila e cristalinidade durante a exposição. 
O global compliance aumentou o indicativo de que o material não teve nenhum tipo de 
modificação negativa em suas principais características elásticas, quando não é submetido a um 
processo de degradação. O parâmetro aumentou acentuadamente após o tempo de indução da 
degradação. 
10) Qual o efeito do tempo de exposição sobre a compliance global? 
O parâmetro aumentou acentuadamente após o tempo de indução para a degradação. Isso 
ocorre devido: (i) ao aumento da cisão das moléculas da cadeia de ligação e (ii) formação de 
produtos de oxidação. Mesmo que a primeiro processo promove um aumento da cristalinidade, 
o segundo um provoca uma diminuição na perfeição do cristal e cristalinidade da amostra 
exposta.