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Ciência dos Materiais I - Prof. Nilson – Aula 11
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Ciência dos Materiais I
Prof. Nilson C. Cruz
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Visão Geral sobre Propriedades Físicas e Aplicações de Materiais: metais, polímeros, cerâmicas e vidros, semicondutores, compósitos 
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Polímeros
Monômero
Polímero
Ex: madeira, lã, couro, borracha, seda, plásticos...
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Polietileno (PE)
Poli (cloreto de vinila) (PVC)
Polipropileno (PP)
Polímeros
Etileno
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Polímeros
	Possíveis rotações e torções em torno de ligações simples podem levar à formação de cadeias poliméricas não necessariamente retilíneas.
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Polímeros
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Polímeros lineares
	As unidades são unidas em cadeias únicas. Ex. PVC, náilon, PMMA, PE, PS
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Polímeros ramificados
	São polímeros onde cadeias de ramificações laterais são conectadas às cadeias principais. É interessante observar que os polímeros com estrutura linear podem ser ramificados.
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Polímeros com ligações cruzadas
	São polímeros onde cadeias adjacentes estão unidas umas às outras através de ligações covalentes.
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enxofre
Vulcanização 
	Formação de ligações cruzadas através de ligações químicas.
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Polímeros em rede
	São polímeros que possuem muitas ligações cruzadas formando redes tridimensionais. Ex. epóxi.
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Cristalinidade em polímeros
Polietileno
Célula Unitária
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	Normalmente os polímeros são formados por regiões cristalinas dispersas no interior do material amorfo. O grau de cristalinidade pode variar de completamente amorfo até cerca de 95% cristalino.
Cristalinidade em polímeros
PE
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Cristalinidade em polímeros: esferulitas
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Cristalinidade em polímeros: esferulitas
Direção de crescimento
da esferulita
Material amorfo
Lamelas cristalinas
Molécula
de ligação
Ponto de nucleação
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Direção do aumento da resistência mecânica 
Ramificada 
Ligações Cruzadas
Rede
Estrutura molecular
e resistência mecânica de polímeros
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Tensão x Deformação
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Tensão x Deformação
Deformação
Tensão
Limite de resistência à tração
Limite de escoamento
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Tensão x Deformação
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Temperatura x Deformação
Tensão (MPa)
Deformação
PMMA
temperatura  resistência
temperatura  alongamento
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Deformação em polímeros plásticos e frágeis 
ruptura frágil
ruptura plástica 
x
Carga/descarga
x
Tensão (MPa)
Deformação
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Deformação em polímeros plásticos e frágeis 
Limite de
escoamento
Início da formação
do pescoço
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Deformação em elastômeros 
Ligações
cruzadas
Tensão 
Tensão 
	O aumento da entropia faz o polímero retornar à sua forma original quando a tensão é retirada!
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Plásticos 
	Quimicamente inertes, mecanicamente resistentes, isolantes, transparentes, translúcidos ou opacos, etc...
	Revestimentos, brinquedos, lentes, vedações, engrenagens, isolantes, garrafas, etc...
Aplicações de polímeros 
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Elastômeros
Aplicações de polímeros 
Elásticos... 
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UHMWPE
Aplicações de polímeros 
	Alta resistência química, a impacto, desgaste e abrasão, baixo coeficiente de atrito, autolubrificante e antiaderente.
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Propriedades magnéticas 
	Toda carga elétrica em movimento produz um campo magnético. Assim, cada elétron em um átomo pode ser considerado como um pequeno imã com momentos magnéticos orbital e de spin. 
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Propriedades magnéticas 
	Quando um campo magnético externo H é aplicado a um material, seus momentos magnéticos tendem a se alinhar com o campo, dando origem a uma magnetização M dada por 
M = m H
m = susceptibilidade magnética 
	Assim, a indução magnética ou densidade de fluxo magnético em um material sujeito a um campo magnético externo H é: 
B = 0H + 0 M
0 = permeabilidade do vácuo
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Propriedades magnéticas 
 
 
(1) diamagnético
 
nenhum
 
oposto
 
(2) paramagnético
 
aleatório
 
alinhado
 
(3) ferromagnético
 
alinhado
 
alinhado
 
 
H = 0
Com campo
m < 0 
Campo com o material é menor que no vácuo 
m ~ 10-5 – 10-2 
Não magnéticos 
m ~ 106
B ≈ 0 M
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Propriedades magnéticas 
Ferromagnético
Paramagnético
Vácuo
Diamagnético
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Magnetização e temperatura de Curie
Fe
Fe3O4
	Com o aumento da temperatura se torna mais difícil a orientação dos momentos magnéticos.
Temperatura de Curie
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Domínios magnéticos 
Domínios são pequenas regiões onde existe o alinhamento na mesma direção de todos os momentos magnéticos. 
Domínios 
Fronteiras
entre domínios 
Contorno
de grão
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À medida que um campo H é aplicado, os domínios mudam de forma e de tamanho.
Domínios magnéticos 
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Domínios magnéticos 
Domínios com momentos magnéticos alinhados crescem às custas daqueles fracamente alinhados!
H = 0
H
H
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Histerese
	Quando o campo H é reduzido à partir da saturação, a curva de M versus H não retorna seguindo seu trajeto original. Isto é histerese!
H 
 
 
 
1. Estado inicial desmagnetizado
 
 
 
 
M
 
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Histerese
M
H
B = 0 (H + M)
Ciência dos