18 Materiais Poliméricos

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Materiais Poliméricos 
Prof. Dr. Luciano Biehl 
Universidade Federal de Rio Grande – FURG Escola de Engenharia 
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Materiais Poliméricos– Estruturas e propriedades 
• O que são Polímeros? 
 
Materiais orgânicos ou inorgânicos, naturais ou sintéticos, de alto 
peso molecular, cuja estrutura molecular consiste na repetição 
de pequenas unidades, chamadas meros, que compõem as 
macromoléculas. 
Daí o nome: 
 
 
poli (muitos) + mero. 
 
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• Como são produzidos os polímeros? 
 
A matéria prima de origem ao polímero chama-se monômero. 
 
A molécula inicial (monômero) vai, sucessivamente, se unindo a 
outras, dando o dímero, trímero, tetrâmero, . . . até chegar ao 
polímero. 
 
A esta reação que produz o polímero dá- se o nome de Reação de 
Polimerização. 
 
Materiais Poliméricos– Estruturas e propriedades 
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Materiais Poliméricos 
 Estruturas e propriedades 
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Materiais Poliméricos– Estruturas e propriedades 
Exemplo: o Etileno, ou eteno (C2H4), um gás, pode 
pode polimerizar-se em cadeia linear por aplicação de 
temperatura e pressão elevadas na presença de pequenas 
quantidades de oxigênio gasoso, transformando-se em 
uma substância sólida, o POLIETILENO 
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Materiais Poliméricos– Estruturas e propriedades 
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Materiais Poliméricos– Estruturas e propriedades 
Configuração física 
Linear 
Ramificada 
Reticulada (Ligação cruzada) 
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Materiais Poliméricos – Características gerais 
 
• Como de dividem os Polímeros? 
 
Por características mecânicas, por ser a divisão mais importante: 
 
 
Termoplásticos. 
 
 Termorrígidos (termofixos). 
 
 Elastômeros (borrachas). 
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Materiais Poliméricos – Características gerais 
 
 
Termoplásticos: 
 
 Podem ser fundidos diversas vezes, cadeia linear, com ligações fracas 
entre as macromoléculas (forças de Wan der Walls ou Pontes de 
hidrogênio). Ao ser aquecido, apresenta alta viscosidade, podendo ser 
remoldado. 
 Durante este aquecimento, as ligações covalentes dos monômeros não 
são quebradas, somente as ligações fracas entre as macromoléculas. 
Materiais típicos: 
Polietileno, 
Polipropileno, 
Policloreto de vinil (PVC). 
 
 
 
 
 
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Materiais Poliméricos – Características gerais 
 
Termorrígidos (termofixos). 
não podem ser amolecidos com o aquecimento, mantendo-se 
permanentemente rígidos com o aumento da temperatura. Cadeias 
com alta densidade de ligações cruzadas. 
Ex: Resinas epóxi, resinas de poliésteres. 
 
 
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Materiais Poliméricos – Características gerais 
 
Elastômeros (borrachas). 
apresentam grande elasticidade, voltando a forma anterior após 
estiramento. São elásticos porque possuem pequena quantidade de 
ligações cruzadas. 
Ex: borracha natural, polibutadieno, silicone. 
 
Borrachas sintéticas 
• As matérias-primas mais comuns para a produção de borrachas 
sintéticas são: 
 
Suas polimerizações podem ser representadas por: 
Materiais Poliméricos – Características gerais 
• Prof. Dr. Luciano Biehl 
Borrachas sintéticas 
• As borrachas sintéticas, quando comparadas às naturais, são mais resistentes 
às variações de temperatura e ao ataque de produtos químicos, sendo 
utilizadas para a produção de mangueiras, correias e artigos para vedação. 
 
Materiais Poliméricos – Características gerais 
Borrachas sintéticas 
• Existem outros tipos de borrachas sintéticas formadas pela adição de 
dois tipos diferentes de monômeros. Essas borrachas são classificadas 
como copolímeros. 
• Copolímeros são polímeros formados por mais de um tipo de 
monômero. 
 
 A mais importante dessas borrachas é formada pela 
copolimerização do eritreno com o estireno, que é conhecida pelas siglas 
GRS (government rubber styrene) ou SBR (styrene butadiene rubber), 
cuja principal aplicação é a fabricação de pneus. 
Materiais Poliméricos – Características gerais 
Vulcanização 
A vulcanização é um processo termo-químico aplicado 
aos polímeros elastoméricos, também chamados de 
borrachas. Devido à vulcanização, as borrachas 
adquirem propriedades físicas que as tornam adequadas 
a várias aplicações mecânicas, entre estas, se destaca 
aquela desempenhada pelo componente automotivo 
pneu. Durante a vulcanização as moléculas do 
elastômero são unidas em vários pontos através de 
ligações cruzadas. Isso ocorre através do aquecimento 
da borracha adicionada de enxofre. 
Materiais Poliméricos – Características gerais 
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Materiais Poliméricos – Características gerais 
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Materiais Poliméricos – Propriedades 
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Materiais Poliméricos – Propriedades 
Cristalinidade em Polímeros 
 O arranjo atômico em polímeros é 
mais complexo do que em metais e 
cerâmicas; 
 Os polímeros são geralmente 
parcialmente cristalinos, com regiões 
cristalinas dispersas em uma matriz 
amorfa. 
Região com alta cristalinidade 
Região amorfa 
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Materiais Poliméricos – Propriedades 
Quanto mais cristalino, maior a densidade, a resistência mecânica, 
a resistência à dissolução e ao amolecimento pelo calor. 
 taxa de resfriamento durante a solidificação: tempo é necessário 
para as cadeias se moverem e se alinharem em uma estrutura 
cristalina; 
 complexidade do mero: quanto mais complexo o mero, menos 
cristalino o polímero; 
 configuração da cadeia: polímero lineares cristalizam com 
facilidade, ramificações inibem a cristalização, polímeros em rede 
são quase totalmente amorfos e são possíveis vários graus de 
cristalinidade para polímeros com ligações cruzadas. 
 
O grau de cristalinidade é definido por: 
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Materiais Poliméricos – Propriedades 
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Materiais Poliméricos – Propriedades 
Propriedades mecânicas, mesmos parâmetros 
usados para os metais 
• Curva A: polímeros 
frágeis termofixos 
(polimetilmetacrilato- 
acrílico) 
(fenolformaldeído-
baquelite) 
• Curva B: polímeros 
plásticos: polietileno ptfe 
teflon pvc pp etc 
(termoplásticos) 
• Curva C: polímeros 
altamente elásticos 
(elastômeros -borrachas) 
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Materiais Poliméricos – Propriedades Mecânicas 
• Alta flexibilidade. 
 Variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e 
os aditivos usados na sua formulação; 
• Alta resistência ao impacto. 
 Tal propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro 
em várias aplicações. 
. Baixas Temperaturas de Processamento 
 Alguns plásticos especiais requerem até 400oC para sua conformação. 
 Disso decorre baixo consumo de energia para conformação. 
 
. Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação 
 Uso de fibras (vidro, carbono, boro) ou algumas cargas minerais (talco, 
mica, caolim, wolastonita) aumentam a resistência mecânica; As cargas 
fibrosas podem assumir forma de fibras curtas ou longas, redes, tecidos 
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Materiais Poliméricos – Propriedades Mecânicas 
• Baixa Condutividade Elétrica 
 Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira 
isolamento elétrico. 
 
• Baixa Condutividade Térmica 
 A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que 
a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que 
requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas. 
 
  Estes dois últimos deve- se a ausência de elétrons livres. 
 
. Maior Resistência a Corrosão 
 As ligações químicas presentes nos plásticos (covalentes/Van der 
Walls) lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou 
produtos químicos do que no caso dos metais (ligação metálica). 
 
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Mat. de ConstruçãoMecânica - Eng. Mecânica - FURG 
Materiais Poliméricos – Propriedades Mecânicas 
• Porosidade 
 
 O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente 
grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma 
vantagem em certos aspectos. 
 
 A principal conseqüência deste fato é a limitação dos plásticos como 
material de embalagem, que fica patente no prazo de validade mais 
curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. 
• Prof. Dr. Luciano Biehl 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
O processo de moldagem por injeção consiste essencialmente no 
amolecimento do material num cilindro aquecido e sua 
conseqüente injeção em alta pressão para o interior de um molde 
relativamente frio, onde endurece e toma a forma final. A 
moldagem por injeção apresenta-se como um processo cíclico. 
Um ciclo completo consiste das operações seguintes: 
 
1- Dosagem do material plástico granulado no cilindro de injeção. 
2- Fusão do material até a consistência de injeção. 
3- Injeção do material plástico fundido no molde fechado. 
4- Resfriamento do material plástico até a solidificação. 
5- Extração do produto com o molde aberto. 
Injeção 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Injeção 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Processo Idêntico ao dos metais, mas efetuado com temperaturas 
mais baixas. 
Os produtos obtidos pelo processo de extrusão incluem tubos, 
varões, filmes e folhas, entre outras formas. 
A máquina de extrusão serve também para produzir misturas de 
materiais plásticos, para produção de formas primárias, tais 
como pellets, e na recuperação de desperdícios de materiais 
termoplásticos. 
Extrusão 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Extrusão 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Insuflação 
É um processo no qual se utiliza pressão de ar para expandir um plástico macio 
na cavidade do molde. 
Um cilindro ou um tubo de plástico aquecido, designado por pré-forma, é 
colocado entre as mandíbulas de um molde. 
O molde é fechado prendendo as extremidades do cilindro e injeta-se ar 
comprimido que força o plástico contra as paredes do molde. 
Muito utilizado no fabrico de garrafas, tanques de gasolina. 
É limitado a termoplásticos: polietileno de elevada densidade, polipropileno, 
PVC, PET. 
Pode ser realizado: 
numa só etapa – extrusão + moldagem por sopro, injeção + moldagem por 
sopro, ou alongamento + moldagem por sopro 
em duas etapas - fabrico da pré-forma e moldagem por sopro 
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Mat. de Construção Mecânica - Eng. Mecânica - FURG 
Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Insuflação 
1) Obtenção da pré-forma (extrusão). 
2) Fecha-se o molde, e a parte superior da pré-forma (tubo) é fechada pelo molde. 
3) Introduz-se ar comprimido no tubo, que o expande enchendo o molde. 
4) A peça é arrefecida mantendo-se sob pressão do ar, o molde é aberto e a peça é 
removida. 
• Prof. Dr. Luciano Biehl 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Insuflação 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Prensagem 
Muitas resinas termofixas, como as resinas fenol-formaldeído, 
ureia-formaldeído, melamina-formaldeído, epoxies e fenólicas 
são enformadas por este processo. 
A resina termo fixa, que pode ser pré-aquecida, é introduzida num 
molde quente contendo uma ou mais cavidades. 
A parte superior do molde desce e comprime a resina plástica; a 
pressão aplicada e o calor amolecem a resina e o plástico 
liquefeito é forçado a encher a cavidade ou cavidades do molde. 
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Materiais Poliméricos – Moldagem e Conformação 
Prensagem 
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Materiais Poliméricos – Construção Civil 
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Materiais Poliméricos – Construção Civil 
• Poli(cloreto de vinila) (PVC) 
- Principais propriedades: 
 · Baixo custo; 
 · Elevada resistência a chama, pela presença do cloro; 
 · Processamento demanda um pouco de cuidado. 
 
- Restrições: 
 · O monômero é um potente cancerígeno; deve haver controle do teor 
residual que permanece no polímero, particularmente em aplicações 
em que o polímero vai entrar em contato com alimentos. 
 · Plastificantes (aditivo usado para tornar o polímero mais flexível) a 
base de ftalatos também são considerados cancerígenos. 
 
 O Greenpeace vem promovendo ampla campanha para banir o uso 
do PVC que contenha esse aditivo, particularmente em brinquedos 
e produtos que venham a entrar em contato com alimentos. 
 
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Materiais Poliméricos – Construção Civil 
 
Há quatro tipos básicos: 
 
- PVC rígido, isento de plastificantes. 
 Usado na fabricação de tubos, carcaças de utensílios domésticos e 
baterias. 
 
- PVC flexível ou plastificado. 
 Usado no revestimento de fios e cabos elétricos, composições de tintas 
(látex vinílico), cortinas de banheiros. 
 
- PVC transparente, isento de cargas. 
 
- PVC celular ou expandido. 
Classificação da reciclagem 
1 – Politereftalato de etila (PET); 
2 – Polietileno de alta densidade (HDPE* ou PEAD); 
3 – Policloreto de vinila (PVC* ou V); 
4 – Polietileno de baixa densidade (LDPE* ou PEBD); 
5 – Polipropileno (PP); 
6 – Poliestireno (PS); 
7 – Outros.