Eng01_Introducao-2018

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UFRGS/EE/Engenharia de Materiais - Profª MMCForte 
ENG02005 – Materiais Poliméricos II
POLÍMEROS NATURAIS  Normalmente Biodegradáveis
POLÍMEROS SINTÉTICOS  Do ponto de vista tecnológico a grande maioria
pode ser dividida em 3 classes principais segundo as propriedades mecânicas:
1- Fibras 2- Plásticos Rígidos e flexíveis 3- Elastômeros
1. Introdução
 Devido a diversidade de funções e estruturas, uma classificação
geral e conveniente dos polímeros é quanto a sua origem:
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Outras classificações dos polímeros:
Há diversas maneiras de se classificar os polímeros que se baseiam em: 
1. Estrutura química: Náilons, poliolefinas, poliésteres
2. Método de preparação: Polímeros de Poliadição ou policondensação
3. Fusibilidade: Termoplástico ou termorrígido
4. Aplicação: plásticos gerais e plásticos de engenharia
5. Comportamento Mecânico: plástico, fibras e borrachas
 O método mais comum para descrever os polímeros baseia-se no seu 
comportamento térmico e mecânico.
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1. Segundo a estrutura química:
Conforme os grupos funcionais presentes na macromoléculas podem ser 
classificados como:
Poliolefinas: contém somente C e H
n (CH2 = CHR) onde R = H, Me, Et, Pr ; Me= Metila = CH3
Poliamidas (náilon): -NH-CO-
CO(CH2)5NHCO(CH2)5NH Náilon 6
CO(CH2)4CONH(CH2)6NH Náilon 66
Poliésteres (PET): -CO-O-
[CH2CH2OCOC6H4COO]CH2CH2
Poliéteres (poliglicóis), etc.. --O--
HO(CH2CH2O CH2CH2O)nH
CH2 = CH - CH3  - - -C-...
C
C C-- C
...
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2. Segundo o método de preparação:
Polímeros de ADIÇÃO
Formados pela simples adição consecutiva dos monômeros ou comonômeros, sem 
geração de subprodutos – cadeia principal a base de carbono “C”.
Por exemplo: PE, PP, EVA, etc.
Polímeros de CONDENSAÇÃO
Formados pela reação entre monômeros ou comonômeros, com liberação de 
pequenas moléculas, como H2O, HCl, KCl – cadeia principal contém heteroátomo
Por exemplo: poliésteres, náilons, etc.
+ + +
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3. Segundo o comportamento térmico
3.1. Polímeros TERMOPLÁSTICOS
• Quando aquecidos amolecem e formam um fluxo viscoso em altas 
temperaturas;
• Os termoplásticos são polímeros facilmente moldados e reciclados;
• São polímeros lineares ou ramificados compostos de longas cadeias e 
comportam-se tipicamente como plástico. 
P. e.: PE, PP, EVA, poliésteres, náilons, etc.
3.2. Polímeros TERMORRÍGIDOS
• São polímeros formados por longas cadeias que quando aquecidos formam 
ligações cruzadas formando uma estrutura tridimensional;
• Não apresentam temperatura de fusão e não podem ser reprocessados após a 
reação de cura ter ocorrido.
P. e.: resinas fenólicas, poliéster insaturado, epoxi e elastômeros convencionais.
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Geral 
Principais 
Polímeros e 
Siglas 
 
 
 
 
 
Termoplástico 
Polietileno 
Polipropileno 
Poliestireno 
Poliestireno de alto impacto 
Copoli (estireno-acrilonitrila) 
Copoli (acrilonitrila-butadieno-estireno) 
Copoli (etileno-acetato de vinila) 
Poli (cloreto de vinila) 
Poli (acetato de vinila) 
Poli (acrilonitrila) 
Poli (cloreto de vinilideno) 
Poli (metracrilato de metila) 
PE 
PP 
PS 
HIPS 
SAN 
ABS 
EVA 
PVC 
PVAC 
PAN 
PVDC 
PMMA 
 
 
Termorrígido 
Resina epoxídica 
Resina de fenol-formaldeído 
Resina de uréia-formaldeído 
Resina de melanina- formaldeído 
Poliuretanos 
ER 
PR 
UR 
MR 
PU 
 
4. Segundo a sua aplicação
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Engenharia 
Principais 
Polímeros e 
Siglas 
 
 
 
 
Uso Geral 
Polietileno de altíssimo peso molecular 
Poli (óxido de metileno) 
Poli (tereftalato de etileno) 
Poli (tereftalato de butileno) 
Policarbonato 
Poliamidas alifáticas 
Poli (óxido de fenileno) 
Poli (fluoreto de viilideno) 
UHMWPE 
POM 
PET 
PBT 
PC 
PA 
PPO 
PVDF 
 
 
 
 
 
Uso especial 
Poli (tetraflúor-etileno) 
Poliarilatos 
Poliésteres líquido-cristalinos 
Poliamidas aromáticas 
Poli-imidas 
Poli (amida-imida) 
Poli (éter-imida) 
Poli (éter-cetona) 
Poli (éter-éter-cetona) 
Poli (éter-sulfona) 
Poli (aril-sulfona) 
Poli (sulfeto de fenileno) 
PTFE 
PAR 
LCP 
PA 
PI 
PAI 
PEI 
PEK 
PEEK 
PES 
PAS 
PPS 
 
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5. Segundo comportamento mecânico:
Plásticos Rígidos:
- São polímeros sólidos vítreos a temperatura ambiente por estarem abaixo 
da sua Tg, adequados a moldagem por injeção ou extrusão, sendo mais 
resistentes e quebradiços que os flexíveis.
- São polímeros formados por cadeias de pequenas a média, fortemente 
reticuladas umas as outras formando uma estrutura tridimensional -
polímeros termorrígidos
Plásticos Flexíveis:
- São polímeros formados por longas cadeias entrelaçadas e/ou 
cristalizadas adequados à moldagem por injeção ou extrusão, sendo mais 
dúcteis que os rígidos; 
- Sólidos a temperatura ambiente devido a cristalinidade, tornam-se fluídos 
em algum estágio do seu processamento.
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POLÍMEROS SINTÉTICOS:
Curvas típicas de tensão-
deformação (stress-strain) de um 
plástico rígido, fibra, um plástico 
flexível e de um elastômero
Alta orientação
Cadeias rígidas
cristalinidade
Cadeias flexíveis reticuladas
Cadeias altamente reticuladas
 A linha de divisão entre as três classes não é muito clara:
• Plástico pode ser usado como tal ou sob forma de fibra
• Plástico acima da sua Tg com ligações cruzadas = elastômero
Fibras
Elastômeros
Flexíveis 
Rígidos
Eelástico Alongamento 
(psi) (%)
Borrachas - 101 a 102 1000
Plásticos - 103 a 104 100 - 200
Fibras - 105 a 106 10 - 30
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ELASTÔMEROS PLÁSTICOS FIBRAS 
 
Poliisopreno Polietileno 
Poliisobutileno Politetrafluoretileno 
Polibutadieno Poliestireno 
 poli(metilmetacrilato 
 fenol-formaldeído 
 uréia-formaldeído 
 melamina- formaldeído 
 
 poli(cloreto de viníla) poliamida 
 Poliuretanas Poliéster 
 Polisiloxanos Polipropileno 
 
Por exemplo:
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 É determinado p/ combinação de:
- valores de Tg e Tf
- % cristalinidade e
- nº de ligações cruzadas
Plásticos rígidos ou Fibras : 
Alto módulo e resistência
Baixa deformação 
Plásticos Flexíveis:
Comportamento intermediário
Elastômeros:
Baixo módulo e resistência
Grandes deformações reversíveis
Elasticidade
Qual a adequadabilidade de um polímero para uma 
aplicação particular?
Esta definição dependerá do Estado Físico do polímero!
Alta orientação
Cadeias rígidas
cristalinidade
Cadeias flexíveis reticuladas
Cadeias altamente reticuladas
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EstruturaQuímica:
Tipo de monômero 
Tipo de fçs interação
Estrutura Física:
Microestrutura
Peso molecular
Distribuição de PM
Linear ou ramificada
Propriedades finais 
do polímero
Morfologia
Homogêneo x Heterogêneo
Cristalino x amorfo
Processamento
 Seleção adequada dos 
monômeros e comonômeros
 Tipo de mecanismo de 
polimerização
 Tipo de processo de 
polimerização
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POLÍMEROS QUE FORMAM FIBRAS (Tabela 2)
 Muitos formam fibras - Poucos tem sucesso tecnológico e comercial
 Pesquisas têm sido feitas no sentidode melhorar, modificar e baixar custos de
fibras existente em vez de se desenvolver outras novas
 Poliamidas (náilon)
-É um grupo extremamente importante
-Náilon-6; Náilon-6,6; Nailon 6,10 (poliamida sintética)
-[NH(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-
Poliésteres (-CO-O-)
· -Terilene(PET) - alta elasticidade (resilience), durabilidade e
baixíssima absorção d’água (wash and wear)
-A aspereza da fibra devido inflexibilidade da cadeia é superada
pela mistura com fibras de lã e algodão
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Acrílicos (-CH2CH(CN)-
-Fibra amorfa mais importante
-85% acrilonitrila = fibra acrílica
-35 a 85% acrilonitrila (= fibra “modacrylic”) com comonômeros de
cloretos de vinil e de vinilideno = copolímeros que podem sofrer
contração (shrinking) tornando-se dimensionalmente estáveis
Fibras tipo fibra de seda natural
-Poliamida cicloalifática = Chinon” = fibra tipo seda = copolímero
grafitizado de Poliacrilonitrila – proteína (acrilonitrila + caseína)
NH CH2 NH CO (CH2) COm
n
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Tabela 2: Estrutura química de fibras sintéticas
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PLÁSTICOS
 Podem ser transformados em formas complexas sob calor e pressão.
Termoplásticos (Tabela 3)
• Amolece quando aquecido acima da Tg, moldável a quente e endurece
quando resfriado. Este processo pode ser feito repetidamente
• Alta estabilidade térmica = esterilização – PP, POP, P(4MeP-1)
• Transparência = qualidade ótica – PMMA, PS
• Resistência química e baixo coeficiente de fricção – PTFE
• Resistência ao impacto e Flexibilidade – PE
• Flexibilidade, estabilidade – PVC plastificado
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Tabela 3: Termoplásticos
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Termorrígidos
• Abrasão e estabilidade dimensional superior as dos termoplásticos com
melhor módulo de flexão e resistência ao impacto
• Mudam irreversivelmente com a fusão
• Produtos solúveis  resinas com alto teor de ramificações cruzadas
• Não moldáveis por fluxo viscoso
• Artefatos devem ser fabricados durante o processo de “crosslinking”
Resinas Fenólicas - Fenol + aldeído
• Resinas escuras  coloração restringida
• Aplicação em filamentos elétricos; caixas de rádio e televisão; botões ou
cabos termo-resistentes de utensílios; fivelas; outros, etc.
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Resinas Amídicas - Formaldeído (HCHO) + uréia ou melamina
• Resinas transparentes  pigmentos  resinas coloridas
• Utilizadas na confecção de superfície de balcões e mesas
 Resinas de Poliéster – poliéster em solução de estireno + iniciador
• Utilizadas em tintas e revestimentos (coating) – oxidação durante a
secagem forma filmes “crosslinked”  proteção resistente.
 Resinas Epoxy - Poliéteres (glicol + dihaletos)
• Utilizadas em revestimentos de superfícies, adesivos, acabamentos tipo
esmaltados flexíveis pela suas propriedades combinadas de dureza,
resistência química e flexibilidade.
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Elastômeros (Tabela 4)
Elastômeros que cristalizam sob estiramento devem ser reforçados pela adição
de cargas – SBR, EPR, EPDM, silicones
 Borracha natural = poli(cis-isopreno) (Látex da Hevea Brasiliensis)
• Padrão pelo excelente balanço combinado de propriedades desejáveis
• 36% do consumo mundial de elastômero substituída pela sintética devido a
falta de produto  desenvolvimento da borracha sintética
SBR = elastômero sintético mais importante
• 41 % consumo mundial - utilizado principalmente em pneus
 NBR (Borracha nitrílica) = Poli(acrilonitrila (0,2-0,4)-est-butadieno)
• Resistente a inchação por solventes orgânicos
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Polímero Fórmula Usos 
Borracha natural 
(cis-poliisopreno) 
-(CH2- C=CH-CH2)n- 
 CH3 
Geral 
Polibutadieno -(CH2-CH=CH-CH2)n- Pneus 
Butil CH3 
-CH2-C- 
 CH3 
Tubos, cabos e tanques. 
SBR -(CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH)- 
 Ø 
Geral. Pneus. 
ABS -(CH2-CH-CH2-CH-Ø) n- 
 CN -(CH-CH=CH-CH2)m 
Resistente à óleos, gaxetas e tanques 
de combustíveis flexíveis. 
Policloropreno -CH2-C=CN-CH3- 
 Cl 
Resistente à óleos, boa resistência ao 
meio ambiente, e inflamabillidade. 
Silicones  (O-Si (R2))n  - Gaxetas, aplicação médica e moldes 
flexíveis. 
Poliuretanos -(R1-NHCOOR2OOCHN)n- Rolos de impressão, selantes e 
junções. 
EPR -((CH2-CH2)m-(CH2-CH)p-)n- 
 CH3 
Canalizações. 
 
Tabela 4: Elastômeros 
comuns e aplicações
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 ABS (terpolímero)
• Propriedades da NBR aumentada pela incorporação de estireno na
cadeia
•IIR [Isopreno/butileno (3/97)]
• Propriedades elásticas pobres porém resistente a líquidos corrosivos e
baixa permeabilidade a gases
 Policloropreno
• Retardante de chamas, resistente a intempéries e produtos químicos
 ABA
• Copolímeros tribloco de estireno-(etileno-est-buteno)- estireno
• Elastômero termoplástico não afetado por solventes polares ou ácidos
e álcalis não oxidantes
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 Elastômeros de silicone
• Possuem baixa energia coesiva entre cadeias, propriedades
termoplásticas pobres, resposta mecânica inexpressiva
• Utilizados em temperaturas (-83 a 297 °C) onde outros não se
adequada
• Silicone vulcanizado a temperatura ambiente = Poli(dimetilsiloxano)
• PM = 104 a 105 gmol-1, grupo terminal OH
• Cura: -agente “crosslinking” ((RO)4Si) + cat. (octoato de Sn)
-exposição a luz
-agente “crosslinking” sensível a umidade do ar/vulcanização
• Ótimos selantes, encapsulantes , isolantes, moldagem flexível
• Ampla aplicação em construção, aviação e industrias eletrônicas
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Tabela 5: Adesivos e selantes à temperatura ambiente
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2.1. Efeito do PM e DPM sobre as Propriedades dos polímeros
2.1.1. Massa Molar (PM)
 Uma das características que distingue os polímeros de uma molécula
orgânica é a inabilidade deste em apresentar uma massa molar exata;
 PM é determinado por eventos puramente estatísticos;
 Comprimento da cadeia  depende do tempo de crescimento da molécula
antes de ser terminada (aleatório)

MOLÉCULAS COM DIFERENTES COMPRIMENTOS

DISTRIBUIÇÃO DE MASSA MOLARES
Policondensação: Comprimento determinado pela disponibilidade local de 
grupos reativos nas vizinhanças das extremidades da cadeia em crescimento.
Poliadição: Comprimento determinado pelo tempo durante o qual a cadeia 
cresce antes de reagir com outro radical ou terminador de cadeia
 tempo de vida médiode crescimento da cadeia
2. Características importantes dos polímeros
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Massas molares Médias
 Através da distribuição ponderal das várias massas molares
existentes em uma amostra polimérica se obtem a Curva de
Distribuição de Massa Molares:
Massa Molar Numérica Média (Mn)
Massa Molar Ponderal Média (Mw)
Massa Molar Viscosimétrica Média (Mv)
Massa Molar Z - Média (Mz)
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Massa Molar (Peso Molecular)
• O PM é a propriedade mais importante em qualquer sistema polimérico
• Materiais poliméricos exibem propriedades únicas devido ao fato de
possuírem altos pesos moleculares
Exemplo: Série das parafinas.
 Em geral qualquer série homóloga ascendente em PM, as
propriedades que podem ser logicamente atribuídas as forças
de atração moleculares deveriam aumentar.
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Por quê?
 Igual comparação pode ser feita para moléculas de um dado polímero
com graus de polimerização variados ou para uma mesma série de
homólogos da mesma forma que as parafinas.
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Propriedades dos polímeros que variam com o PM:
 Temperatura de transição vítrea
 Temperatura de fluxo fundido
 Viscosidade do fundido
 Viscosidade de soluções
 Resistência à tensão e ao impacto vítrea
Efeito da massa 
molar nas 
propriedades
Propriedade Com o  PM
Cristalinidade 
Resistência à tração 
Alongamento na ruptura 
Resistência ao impacto 
Fluidez 
Viscosidade 
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Por exemplo: PE de ultra PM  plástico de engenharia:
# Que massa um polímero deve ter para ser um alto polímero?
 Força de ligações fortes: Xn crítico ~ 200
 Força de ligações fracas: Xn crítico ~ 500
 O ponto crítico varia de 
acordo com as forças de 
ligações intermoleculares
 Para a grande maioria dos 
polímeros o ponto crítico cai 
entre estes dois valores

comportamento material 
polimérico
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Por exemplo: Viscosidade versus massa molar (solução ou fundido)
Abaixo do ponto crítico (Xn): as moléculas estão livres para fluir como
entidades únicas;
Acima do ponto crítico (Xn): ocorrem entrelaçamentos entre as moléculas e o
tamanho das unidades de fluxo hidrodinâmico aumentam acentuadamente:
 viscosidade aumenta assintoticamente
 Acima de PM = 107 – não há mais dissolução ou fluxo = gel
 Faixa de PM de polímeros lineares com utilidade: 104 – 107
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Correlação de certas propriedades com a massa molar (PM) do polímero:
Equações empíricas: Propriedade = a + b/M
Onde: a e b = ctes e M = massa molar
Qual é a massa média mais adequada para descrever uma propriedade?
Exemplo 1: Tg versus Mn  Tg = Tg - K/Mn
Exemplo 2: Tensão X deformação (filmes acrílicos)
 Faz-se um gráfico da propriedade versus cada massa, e naquele em que os
valores variam de forma contínua, a propriedade é função daquela massa
molar (Fig b).
Mn; MW; MV; MZ; MZ+1?
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Exemplo 3:  = k.Ma - Viscosidade versus MW
 Para taxas de cisalhamento baixas e moderadas, tem-se:
- Para MW > MC
Se MW/Mn 2 (DPM larga) - MZ deve substituir MW
- Para MW• Na prática não existem polímeros totalmente cristalinos e, sim, polímeros
com proporções variadas de regiões ordenadas e desordenadas na
amostra polímeros semi-cristalinos.
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 Tg e Tm são parâmetros importantes e servem para caracterizar um dado 
polímero.
POLÍMERO Tm (°C) Tg (°C) 
Polietileno 135 -80 a -120 
Polipropileno (isotático) 165 -10 
Poliestireno isotático 235 98 
Poliestireno 98 
PVC 273 80 a 90 
PET 265 70 
PTFE 330 120 
PC 268 150 
PAN 317 105 
Poliamida 66 250 60 a 70 
Poliamida 610 215 60 a 70 
Poli(cis-isopreno) (borracha Natural) 28 -70 
Poli(trans-isopreno) (borracha gutta percha) 74 
Cis-1-4-polibutadieno 1 - 80 a - 100 
Trans-1-4-polibutadieno 148 - 18 
Acrilatos -(CH2-CHCOOR) onde R: Et = -20; iPr = -44; n-Bu = -56 3 
PMMA -(CH2-CMeCOOR)- onde R: Et = 45; iPr = 35; n-Bu = 21 105 
 
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2.3. Temperaturas de uso em Engenharia
 Qual a importância das Temperaturas de transições na aplicação dos polímeros
ou as temperaturas de uso em engenharia
 qual a influência que a mesma exerce sobre o módulo de elasticidade, quer seja
nos polímeros amorfos ou semi – cristalinos
 Os materiais poliméricos podem ser divididos em 5 classes, conforme as
regiões do comportamento viscoelástico.
1) Polímeros estruturais amorfos:
2) Polímeros Fortes com 
comportamento couráceo:
3) Elastômeros:
4) Polímeros com cristalinidade 
média:
5) Polímeros altamente cristalinos e 
polímeros orientados:
Viscoso
Rígido 
ou vítreo
couráceo
borrachoso
(a) Polímero Amorfo
(b) Polímero semi-cristalino
Tg Tm
L
o
g
 (
m
ó
d
u
lo
 d
e
 e
la
s
ti
c
id
a
d
e
)
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Viscoso
Rígido ou 
vítreo
couráceo
borrachoso
(a) Polímero Amorfo
(b) Polímero semi-cristalino
Tg Tm
L
o
g
 (
m
ó
d
u
lo
 d
e
 e
la
s
ti
c
id
a
d
e
)
1) Polímeros estruturais amorfos:
Baseiam-se na sua rigidez vítrea. 
Utilizados em temperaturas 
abaixo da sua Tg, quando o 
polímero encontra-se rígido e 
quebradiço como o vidro. 
Movimento local de segmentos.
Ex.: Poliestireno (PS) - Tg100 ºC
PMMA - Tg = 100 °C
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Viscoso
Rígido 
ou 
vítreo
couráceo
borrachoso
(a) Polímero Amorfo
(b) Polímero semi-cristalino
Tg Tm
L
o
g
 (
m
ó
d
u
lo
 d
e
 e
la
s
ti
c
id
a
d
e
)
Ex.: Plásticos vinílicos aplicados
como substitutos do couro em
assentos de automóveis, bolsas e
malas para bagagem.
Poli(cloreto de viníla) (PVC)
Plastificado: Tg