capitulo-05

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Mecânica dos Materiais
Polímeros
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Paulo Bonfim
1ª Edição
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Sumário
Polímeros
Para Início de Conversa... ............................................................................... 3
Objetivo ......................................................................................................... 3
1. Características Físicas e Químicas .......................................................... 4
2. Graus de Polimerização .............................................................................. 8
3. Substituições e Usos na Cadeia Produtiva ........................................... 9
Referências ......................................................................................................... 11
Para Início de Conversa...
Uma das maiores contribuições da química na década de 1920 foi 
esclarecer que as borrachas naturais eram longas cadeias de átomos, todos 
interligados, com base no átomo de carbono. Daí o fato de o conceito de 
macromolécula (molécula muito grande e filamentosa, muitas vezes com 
mais de 20.000 átomos) estar intimamente ligado ao conceito de polímero.
No início do século XX, o acelerado desenvolvimento das indústrias 
automobilísticas demandava grandes quantidades de borracha para 
fabricação de pneus, que não poderia suprir apenas por meio de fontes 
naturais (no caso a seringueira). 
Nesse período, também foi sintetizada a borracha de laboratório e, 
a partir das grandes quantidades de petróleo disponível, iniciou um 
grande desenvolvimento da indústria petroquímica. Ressaltamos que a 
indústria de petróleo e derivados contribui com parte substancial do PIB 
(Produto Interno Bruto) da economia mundial, e essa indústria, fora o 
refino de combustíveis, é dedicada à produção de polímeros. 
Neste cenário, surgiram os polímeros que revolucionaram o século XX, 
já que, em razão da sua conformabilidade, conseguem assumir diversas 
formas e substituir uma gama de materiais que antes tornavam os 
utensílios domésticos e comerciais caros. O seu uso é tão intenso, barato 
e prático que é considerado um dos símbolos da civilização do século 
XX. Praticamente todo utensílio, máquina ou dispositivo moderno possui 
polímeros na sua construção. E seu desenvolvimento continua para a 
substituição de diversos materiais para baratear a produção e obter 
características mecânicas, físico-químicas únicas.
Objetivo
Entender os polímeros dentro das suas características mecânicas, físicas 
e químicas para perceber sua conformação e uso prático.
Mecânica dos Materiais 3
1. Características Físicas e Químicas
Caracterizado por suas grandes cadeias moleculares (macromoléculas), 
os polímeros vão se distinguindo uns dos outros a partir das interações 
inter e extra moleculares de seus elementos. A origem do termo polímero 
vem da repetição dos meros encadeados por ligações covalentes em 
longas cadeias. O mero (monômero) ou unidade repetitiva é uma unidade 
química geralmente derivada de um hidrocarboneto (molécula de etileno 
por exemplo), cujo encadeamento (polimerização) produz o polietileno.
Para compreender melhor, observe a Figura 1: 
a. O monômero de molécula de etileno; 
b. O encadeamento do etileno via ligações covalentes o que forma o 
polietileno; 
c. a longa cadeia de polietileno que produz efeitos macroscópicos 
interessantes.
Figura 1: Monômero. Fonte: Engenharia de materiais. 
Naturalmente, com exceção da classe de silicones (cujos monômeros 
possuem como átomo base o átomo de silício), a maioria dos 
polímeros deriva do átomo de carbono, ou seja, a maioria da teoria 
que envolve a formulação dos polímeros tem origem na química 
orgânica. O carbono, em virtude de características químicas, na faixa 
de temperaturas e pressões que vivemos, é o elemento base da vida 
no planeta e aceita uma infinidade de arranjos e configurações com 
outros elementos.
Em termos gerais, os monômeros mais utilizados são os hidrocarbonetos 
mais simples (etileno, propileno), mas a riqueza do desenvolvimento 
de polímeros é tão alta que seria impossível nos aprofundarmos nesta 
pequena unidade de ensino. A engenharia de polímeros é um objeto do 
conhecimento que envolve graduações,pós-graduações e centenas de 
processos industriais distintos. 
Muitas vezes, se usam mais de um tipo de polímero na formulação, o que 
chamamos de copolímeros. Um exemplo de copolímero muito comum 
é o ABS, formado por Acrilonitrila, But - 1,3 - dieno e Estireno (Styrene 
na língua inglesa ). Esse exemplo mostra a complexidade química dos 
polímeros e confere uma ideia da dificuldade no desenvolvimento dos 
processos de obtenção. O ABS é muito comum em pneus e capeamentos 
isolantes de fiação elétrica. Provavelmente, neste momento, estejamos 
próximos ou utilizando um utensílio que faz uso do ABS.
Mecânica dos Materiais 4
Figura 2: Esquema químico da unidade repetitiva e formulação do copolímero ABS. 
Fonte: Brasil Escola.
Existem várias classificações para polímeros. A mais prática é em relação 
a sua fusibilidade e/ou solubilidade. A fusibilidade é a facilidade com 
que um material se funde e relativa ao seu ponto de fusão. A solubilidade 
é um conceito físico-químico que mede a capacidade de uma substância 
(soluto) se dissolver dentro de um meio material (solvente – que está 
geralmente no estado líquido). Essa classificação é a mais utilizada, pois 
tem relação direta com as ações de engenharia para a produção dos 
polímeros, bem como uso e custos. Dividimos os polímeros, segundo 
essas propriedades, em dois tipos:
Termoplásticos:
Fundem com aquecimento e solidificam com resfriamento. Como o 
processo é reversível, muitos deles são recicláveis.
 ▪ Suas cadeias poliméricas são lineares ou ramificadas e apresentam 
um comportamento plástico mais evidente, ou seja, sofrem 
deformações permanentes sem fraturar. São mais dúcteis (macios) 
do que duros; logo, não são tenazes. Seu uso é muito difundido em 
utensílios domésticos e comerciais que não necessitem de suportar 
cargas mecânicas elevadas ou pressões e temperaturas altas.
 ▪ Com solventes adequados, se dissolvem com facilidade. Como muitos 
são solúveis em água líquida, tem utilidade em adesivos e vedantes 
com baixo impacto na saúde humana.
 ▪ Geralmente, são commodities, ou seja, são produzidos em grande 
quantidade e cotados em bolsas de mercadorias mundiais. Isso 
também influencia o preço, que é comparativamente mais baixo do 
que muitos materiais de uso similar.
 ▪ Seu processo de polimerização (encadeamento) é mais simples 
e próximo à simples adição, o que produz, no geral, menores 
quantidades de rejeitos tóxicos. Isso também é um fator de redução 
de custos desse tipo de polímero.
 ▪ Como exemplo de alguns principais, temos: Polipropileno (PP), 
Poliestireno (PS), Polietileno (PE), Poliuretano termoplástico (TPU), 
Policloreto de Vinila (PVC), Politereftalato de etileno (PET). Os mais 
comuns e utilizados com grande possibilidade de reciclagem.
Mecânica dos Materiais 5
Termorrígidos (Termofixos): 
 ▪ São rígidos e, quando submetidos a um aumento de temperatura, 
tendem a degradar (queimar), portanto, não fundem; logo, não são 
recicláveis.
 ▪ Conforme a definição, são mais duros em termos mecânicos e 
suportam maiores cargas mecânicas e variações de temperatura e 
pressão do que os termoplásticos. Podem ser usados em condições 
mais extremas substituindo peças de metal que suportam tensões 
apreciáveis e servindo bem como capeamento de fios elétricos, e 
isolantes em geral.
 ▪ São produzidos por diversos métodos, de forma a obter uma estrutura 
molecular reticulada (tridimensional), esse processo se chama 
reticulação.
 ▪ Sua produção é mais complexa, geralmente, envolvendo duas ou 
mais fases e tendem a produzir mais subprodutos tóxicos nasua 
elaboração e, em virtude da não reciclabilidade, são mais nocivos ao 
ambiente.
 ▪ Suportam maiores cargas mecânicas e variações de temperatura e 
pressão do que os termoplásticos.
 ▪ Como exemplos de termorrígidos: Baquelite (PR), Poliuretano (PU), 
Resina Epóxi (ER), Copoli-Etileno/Acetato de Vinila (EVA).
Figura 3: As formas gerais de um conjunto de macromoléculas dos polímeros termoplásticos 
e termorrígidos. Fonte: Do autor.
As ligações cruzadas dos termorrígidos são produzidas, em muitos casos, 
por fortes ligações covalentes, com a introdução de átomos específicos 
na estrutura molecular (átomo de enxofre por exemplo). Um processo 
muito comum é o da vulcanização, que produz maior resistência 
mecânica e elasticidade às borrachas naturais. O processo foi criado por 
Charles Goodyear, em meados do século XIX e consiste em introduzir 
Mecânica dos Materiais 6
enxofre por meio de um processo de alta pressão e temperatura. A 
forma estável da borracha vulcanizada é uma reticulação das suas 
macromoléculas intermediada por átomos de enxofre. Como resultado, 
foi possível criar o pneu com câmara de ar, que revolucionou os meios 
de transporte no século seguinte, além de calçados com solados de alta 
durabilidade e resistência. 
Também em razão do uso prático se estabeleceu uma classificação 
dos polímeros de acordo com o comportamento mecânico. Nesse caso, 
podemos classificar os polímeros em três grandes grupos:
1. Plástico: Material que tem como característica principal o fato de ser 
um composto de macromoléculas com a possibilidade de se tornar 
fluido no seu processamento, assumindo uma forma preestabelecida 
quando se tornar sólido (o termo “plástico”, em grego, significa 
adequado à moldagem). A maioria dos plásticos é de origem sintética, 
tendo poucos representantes naturais.
2. Borrachas ou Elastômero: Material macromolecular que, quando 
submetido à deformação, apresenta um grande regime elástico 
(linear) em determinada faixa de temperatura. E quando aliviado 
da carga, dentro do regime proporcional, retorna às dimensões 
originais. Inicialmente, a origem é natural, derivado de seivas de 
plantas específicas (seringueira), mas, ao longo do tempo, foram 
criadas muitas variedades de borrachas sintéticas.
3. Fibra: Material macromolecular na forma cilíndrica em que o 
comprimento é muito maior do que o diâmetro da seção transversal 
(acima de 100 vezes). É formada por moléculas lineares longas e 
entrelaçadas. A fibra apresenta um regime elástico menor que o da 
borracha (elastômero), porém, maior do que o do plástico. Também 
aceita alguma deformação plástica sem se romper. É caracterizada 
por resistir em grande faixa de temperaturas (-50 °C até 150 °C), 
daí seu uso intenso em tecidos e cordames. As fibras estão muito 
presentes na natureza, tanto em animais (teias de aranha, lã, seda) 
como em vegetais (cânhamo, algodão). Sem dúvidas, é o polímero 
com maior origem natural.
Juntando as propriedades de Fusibilidade e Comportamento Mecânico, 
alguns autores costumam subdividir os plásticos em Termofixos 
(termorrígidos) e Termoplásticos. Desse modo, ficariam as grandes 
classes gerais:Termofixos, Termoplásticos, Elastômeros e Fibras. Do 
ponto de vista industrial e comercial, é a classificação mais simples.
Ressaltamos que uma simples classificação não consegue detalhar a 
imensa variedade de polímeros e processos que envolvem sua produção. O 
desenvolvimento é contínuo, já que os polímeros estão substituindo com 
eficiência outros insumos mais caros e ainda são partes essenciais do estudo 
de compósitos que utilizam vários tipos de materiais na sua estrutura.
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2. Graus de Polimerização
O número de monômeros médio das macromoléculas ou grau de 
polimerização (n) é um excelente indicativo da sua qualidade e usos. 
O grau de polimerização é muito útil para determinar as propriedades 
físico-químicas gerais de um polímero bem, como sua destinação. A 
polimerização (encadeamento) é um processo da química industrial 
ou engenharia química com muitas variantes e em constante 
desenvolvimento. Os dois tipos principais de polimerização são a 
polimerização por adição e a polimerização por condensação.
Os polímeros de adição são formados por monômeros 
iguais com, pelo menos, uma dupla ligação, que, 
quando rompida, produz a reação de adição.
Os polímeros de condensação são formados 
pela reação entre monômeros iguais ou 
distintos, com a eliminação de moléculas, 
água por exemplo.
Figura 4: Polimerização por adição com rompimento de dupla ligação para encadeamento, 
acima (Polietileno). Polimerização por condensação por eliminação de molécula de água, abaixo 
(Polifenol ou Baquelite). Fonte: OOCities.
O grau de polimerização (n) é definido por: em unidades de massa 
atômica (u.m.a).Para o PVC, um monômero contém 62,5 u.m.a (unidades 
de massa atômica), mas sua polimerização pode produzir moléculas de 
60.000 u.m.a, ou seja, cada molécula pode conter, aproximadamente, 
1000 monômeros. Moléculas desse tamanho oferecem muitas aplicações 
e são muito elásticas na direção linear dos seus comprimentos (fibras).
Para o copolímero de Policloreto e Poliacetato de Vinila (PVC e PVA), as 
seguintes especificações:
Mecânica dos Materiais 8
Item
% em peso de 
Policloreto de 
Vinila (PVC)
Número de 
cloreto por 
monômero de 
Poliacetato de 
Vinila (PVA)
Faixa de pesos 
moleculares 
médios (em 
unidades 
de massa 
atômica-uma)
Aplicações típicas
Poliacetato de 
Vinila linear 
(PVA)
0 0 4.800-15.000 Destinado, principalmente, à fabricação de adesivos
Copolímeros 
de PVA e PVC
85-87 8-9 8.500-9.500 Vernizes para revestimento de recipientes de alimento
85-87 8-9 9.500-10.500 Plásticos fortes e resistentes a solventes; moldados por injeção
88-90 10-13 16.000-23.000
Fibras sintéticas feitas por 
repuxamento seco; excelente 
resistência a solventes e sais
95 26 20.000-22.000
Substituto da borracha para 
revestimentos elétricos; deve ser 
moldado por extrusão
Policloreto de 
Vinila linear 
(PVC)
100 - - Pouco uso na forma pura
Tabela 1: Copolímero à base de PVA e PVC, com diferentes faixas de proporção dos constituintes 
e graus de polimerização e aplicações típicas. Fonte: Do autor.
Na Tabela 1, vemos um copolímero muito útil à indústria alimentícia: os 
vernizes vedantes das latas de alumínio, uma resina amarelada que está 
nas embalagens de alimentos. Com proporções e graus de polimerização 
diferentes, também servem para capeamentos de materiais elétricos. Nos 
polímeros, as moléculas não apresentam exatamente a mesma medida, 
podendo-se, porém, tomar suas medidas médias. Uma faixa de medidas 
médias de um polímero define seu uso. É possível, então, encontrar uma 
série de polímeros com diferentes graus de polimerização. Os motores 
modernos estão cheios desses materiais que suportam, inclusive, grandes 
temperaturas e alguma tensão. O uso desses materiais representa uma 
grande revolução tecnológica.
3. Substituições e Usos na Cadeia Produtiva
A grande revolução dos polímeros no século XX surgiu a partir da 
abundância de petróleo, que demandava outras aplicações diferentes da 
produção de combustíveis e óleos lubrificantes. A indústria petroquímica 
se tornou o carro-chefe da economia global, dando grande impulso ao 
desenvolvimento tecnológico.
A possibilidade de o polímero assumir qualquer forma o torna ideal 
para substituir metais ou outros materiais naturais, reduzindo o tempo 
de produção e aumentando a quantidade de utensílios disponíveis via 
produção em escala.
Como exemplo, o mercado de embalagens, que utiliza o PET (Politereftalato 
de Etileno) e o PP (Polipropileno). Em números, chegam, atualmente, 
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na faixa das dezenas de milhões de unidades mensais, em substituição 
aos recipientes de vidro que, como sabemos, é um material frágil e 
que apresenta muitas desvantagens em relação aos polímeros. O vidro 
também foi substituído por Polimetacrilato de Metila (PMMA), ou acrílico, 
no usode fabricação de janelas e outras aplicações nas quais necessita-se 
de lâminas transparentes. O acrílico apresenta grandes vantagens sobre o 
vidro, apesar de sua reciclagem ser cara e, por esse motivo, inviável.
Na fabricação de óculos, em que se empregava vidros ou cristais com 
razoável transparência, atualmente, faz-se uso dos policarbonatos, cujo 
representante principal é o policarbonato de bisfenol, com suas diversas 
variantes. Os policarbonatos são altamente mais resistentes, em termos 
de durabilidade, que vidros e cristais.
Os polímeros de engenharia, ou plásticos de engenharia, como são 
popularmente chamados,são aqueles que conseguem substituir 
elementos metálicos com alta tenacidade, e/ou capacidade de operar 
em temperaturas e pressões altas. Alguns são únicos na sua utilidade, 
como o Kevlar (tipo de aramida), que, na forma de fibras, tem uso em 
coletes balísticos. O PTFE (Politetrafluoretileno), ou Teflon, é considerado 
o maior lubrificante no estado sólido, sendo utilizado até mesmo na 
construção de armas nucleares.
Toda a indústria já faz uso de plásticos de engenharia. Nos automóveis, 
por exemplo, encontram-se: Poliamida (PA), Polibutileno Tereftalato 
(PBT), Policarbonato (PC), Polietileno de Alta Densidade (PEAD), 
Poliacetal (POM), Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS), Acrilonitrila 
Estireno Acrilato (ASA), Politereftalato de Etileno de Etila (PET), Acrílico 
(PMMA), inclusive com elementos dentro do motor. Todos esses materiais 
estão presentes nos produtos do nosso cotidiano: produtos eletrônicos, 
vasilhames, brinquedos.
Grande parte do PIB mundial envolve a indústria petroquímica e o 
desenvolvimento de polímeros. Praticamente todos os outros setores 
produtivos mundiais dependem dos insumos fornecidos por essa indústria.
Abordamos as questões sobre polímeros, segundo a origem nos 
hidrocarbonetos, provenientes do petróleo e como um encadeamento 
(polimerização) de monômeros orgânicos no seu processamento. 
Apresentamos as classificações de fusibilidade e as propriedades mecânicas 
foram categorizadas em: termoplásticos, termofixos, elastômeros e fibras, 
sendo abordada a importância do grau de polimerização nas aplicações 
práticas. Os métodos de polimerização de adição ou condensação foram 
apresentados como os principais processos de obtenção de polímeros. 
Destacamos, também, os aspectos de substituição na cadeia produtiva, 
incluindo a classe de polímeros de engenharia que estão presentes nas 
aplicações mais técnicas, em que são exigidas resistência mecânica e 
operação em pressões e temperaturas altas. E por fim, sinalizamos a 
grande importância dos polímeros no PIB mundial.
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Referências
ASKELAND, D. R.; PHULÉ, P. P. Ciência e engenharia dos materiais. São 
Paulo: Cengage Learning, 2008.
BRASIL ESCOLA. Copolímeros. Disponível em:Copolímeros. Principais 
copolímeros e suas aplicações - Brasil Escola (uol.com.br). Acesso em: 04 
jul. 2018.
ENGENHARIA DE MATERIAIS. Polímeros. Disponível em: https://
engenhariadeelite.wordpress.com/polimeros/. Acesso em: 29 jun. 2018.
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos materiais. Rio de Janeiro: 
LTC, 2000.
OOCities. Polímeros. Diponível em: http://www.oocities.org/vienna/
choir/9201/polimeros.htm. Acesso em: 29 jun. 2018.
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. São Paulo: Pearson, 2008.
Mecânica dos Materiais 11
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/copolimeros.htm
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/copolimeros.htm
https://engenhariadeelite.wordpress.com/polimeros/
https://engenhariadeelite.wordpress.com/polimeros/
http://www.oocities.org/vienna/choir/9201/polimeros.htm
http://www.oocities.org/vienna/choir/9201/polimeros.htm
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	Objetivo
	1. Características Físicas e Químicas
	2. Graus de Polimerização
	3. Substituições e Usos na Cadeia Produtiva
	Referências