Resumo - Materiais Poliméricos (Lab)

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Meros = constituídos por elementos químicos > quanto maior o número de ligações dentro do mero, menor será a 
movimentação da cadeia polimérica; 
Polímero (Sólidos) – material orgânico ou inorgânico de alta massa molar, cuja estrutura consiste na repetição de pequenas 
unidades (meros). Macromolécula (cadeia polimérica) formada pela união de moléculas simples ligadas por ligação covalente. 
• Poli = muitos; 
• Meros = unidade de repetição da cadeia polimérica; 
• Massa Molar (MM) ≥ 10000 g/mol; 
Oligômeros (Líquidos). 
• Massa Molar (MM) < 10000 g/mol; 
Monômeros – molécula simples que dá origem ao polímero; 
Homopolímero - polímero cuja cadeia principal é formada por um único tipo de mero; 
Copolímero - polímero cuja cadeia principal é formada por dois tipos de meros diferentes; 
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Microestrutura: 
• A cadeia polimérica vai se empacotar formando o estado sólido, dependendo de suas características estruturais (estrutura 
química), da velocidade (taxa) de resfriamento e do meio em que ela está inserida. 
 
1. Fase Amorfa: 
• Desordenado; total mobilidade rotacional; (novelo, aleatória ou enrodilhada), distância intercadeais são irregulares; 
 
 
 
 
 
2. Semicristalino (regiões amorfas e cristalinas): 
• Cadeias lineares se organizam de forma ordenada, repetitiva e regular; (Zig-zag planar) 
• Tamanho médio maior que o a metade do comprimento de ondas luz; 
 
 
Propriedades Óticas dos polímeros 
Propriedade 
Ótica 
Amorfo Semicristalino 
Amorfo c/ 
Pigmento* 
Amorfo c/ 
Corante* 
Semicristalino 
c/ Pigmento* 
Semicristalino 
c/ Corante* 
Transparente ● - - ● - - 
Opaco - ● ● - ● ● 
Translúcido - ● - - ● ● 
 
• O pigmento e corante não influência no comportamento mecânico. 
• Pigmento → particulado; 
• Corante → moléculas curtas; 
 
 
 
 
 
 
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Tipos de ligações: 
• Ligações entre os meros → ligações fortes (covalentes) → ligações intramoleculares na mesma molécula; 
Determinam: estrutura química e o tipo de cadeia polimérica, rigidez/flexibilidade, estabilidades térmica, química e 
fotoquímica; 
Relação densidade x peso específico 
Fase Densidade Peso específico 
Amorfa ↓ ↑ 
Semicristalino ↑ ↓ 
• Ligações entre as cadeias poliméricas → ligações fracas (Van der Waals) → ligações intermoleculares. 
Determinam: temperatura de fusão cristalina, solubilidade, cristalinidade, difusão, permeabilidade a gases e vapores, 
deformação e escoamento envolvendo em todos os casos a quebra e formação de ligações intermoleculares; 
• Classificação das ligações: Iônica, coordenada, metálica e covalente; 
 
Tipos Cadeias Poliméricas: 
 
Cadeia Representação 
Dens. 
(g/cm³) 
Temp. 
fusão ̊C 
(Tf) 
Cristalin
idade 
(%) 
Resist. 
Tração 
(Mpa) 
Elong 
(%) 
Termo 
plásticos 
Termo 
fixos 
Elastô
meros 
Linear ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ● X X 
Ramificada ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ● X X 
Reticulada X ● X 
Ligações 
cruzadas 
 X ● ● 
 
Cristalinidade e Cadeias 
• Quanto maior a cristalinidade: 
↑ propriedades de densidade → Rigidez, estabilidade dimensional, resistência química, resistência a abrasão, dureza, 
 Tf e Tg. 
• ↓ propriedades de resistência ao impacto, elongação na ruptura, claridade óptica, etc. 
• Para balancear boa resistência mecânica e transparência → é necessário cristalizar o polímero, mas em níveis baixos o 
suficiente para não afetar a transparência. Isto só é possível mudando-se a cinética de cristalização → 
reduzindo-se sua velocidade de cristalização e seu valor máximo. Ex: Garrafas PET. 
• Cadeias lineares facilitam o empacotamento, favorecendo a cristalinidade 
• Ramificações tendem a gerar volumes livres dificultam a cristalinidade. 
• Polímeros istotáticos e sindiotáticos tendem a apresentar cristalinidade. 
• Polímeros atáticos normalmente são amorfos. 
• A presença de grupos laterais na cadeia principal dificulta um empacotamento regular das cadeias, reduzindo a capacidade 
de cristalização. 
• Cadeias poliméricas rígidas facilitam o empacotamento. 
• Cadeias flexíveis dificultam o empacotamento. 
• Fatores externos → impurezas, aditivo, etc. Interações com o meio externo dificultam a cristalização final. 
• Impurezas / aditivos → se alojam entre as cadeias, dificultando o empacotamento e, portanto, reduzindo a porcentagem de 
cristalinidade > Termoplásticos e elastômeros. 
• Plastificantes (moléculas curtas) quando adicionados reduzem a cristalinidade, diminuem a viscosidade > afasta as 
moléculas > aumento do volume livre. 
• Agentes nucleantes facilitam a cristalização aumentando sua taxa de cristalização. 
• Alguns elementos-podem gerar flexibilidade da cadeia, caso do oxigênio e do enxofre, pois formam ligações flexíveis com o 
carbono. 
• Carga mineral > particulado, fibra > aumento da dureza. 
 
 
 
 
 
 
 
Classificação dos polímeros: 
 
 
 
 
 
3. Termoplásticos: 
• Amolecem com o aumento de temperatura (processo de natureza física); 
• Endurecem com a diminuição da temperatura (processo de natureza física); 
• Número elevado de ciclos (amolecimento e resfriamento) causam degradação no termoplástico; 
• Recicláveis; 
• Ligação intermoleculares fracas (entre as cadeias poliméricas); 
• Polímero com cadeia linear ou ramificada; 
• Sem ligações cruzadas; 
 
 
 
 
 
 
Tipo Características 
Convencionais Baixo custo > baixo nível de exigência mecânica > alta produção > facilidade de processamento 
Especiais 
Custo elevado em relação aos convencionais > melhores propriedades > alta transparência > estabilidade 
térmica e química 
Engenharia Para itens de bom desempenho mecânico > alta exigência mecânica (rigidez) > estabilidade dimensional 
Engenharia 
Especiais 
Aplicação de altas temperaturas > alta quantidade de anéis aromáticos na cadeia principal > estabilidade 
térmica para usos ininterruptos. 
 
4. Termofixos: 
• Curados (definição) com ou sem aquecimento não podem ser reamolecidos por aquecimento; 
• Cura: Matéria-prima: Resina Oligômera + Catalisador ou Agente de Cura a pressão (P) e temperatura (T) 
• Curadas irreversivelmente, se transformando em termofixos; 
• Insolúveis e Infusíveis; 
• Alta quantidade de ligações cruzadas; 
 
5. Elastômeros: 
• Poliméricos com elasticidade e longas faixas de deformação na temperatura ambiente; 
• Vulcanização → Borrachas tradicionais; 
• Borracha vulcanizada: não amolece com temperatura. 
↑Temperatura + Enxofre > Aumento da resistência mecânica, elasticidade. 
• Baixa densidade de ligações cruzadas; 
 
6. Fibras Poliméricas: 
• Definidos pela condição geométrica de alta relação comprimento x Ø da fibra; 
• Em muitos polímeros, considera-se a relação: 
 
𝐑𝐚𝐳ã𝐨 𝐝𝐞 𝐚𝐬𝐩𝐞𝐜𝐭𝐨 =
Comprimento da Fibra
Ø Fibra
≥ 100 
 
• Polímeros empregados na forma de fibras são: 
- Termoplásticos; 
Polímeros
Fíbras
Plásticos
Termofixos
Termoplásticos
Elastômeros
Termoplásticos
Convencionais
Especiais
Engenharia
Engenharia Especiais
- Com cadeias lineares orientadas no sentido do eixo da fibra → Orientação longitudinal; 
 
 
7. Compósitos: 
• Mistura de vários materiais: matriz + reforço (partícula (cerâmica), fibra); 
 
 
Tg (temp. transição vítrea), Tf (temp. fusão) e Tc (temp.cristalização); 
 
Tg 
• Temperatura média (faixa de temperatura) → aquecimento de polímero de uma temperatura muito baixa para valores 
mais altos → permite que as cadeias poliméricas da fase amorfa adquiram mobilidade(possibilidade de mudança de 
conformação). 
• Abaixo da Tg, o polímero está no estado vítreo caracterizado por se apresentar duro, rígido e frágil. 
• Propriedades que alteram com a Tg: módulo de elasticidade, coeficiente de expansão, índice de refração, calor 
específico, etc. 
• Não ocorre mudança de fase, mas sim uma mudança de energia no sistema. 
 
Tf 
• Temperatura média (faixa de temperatura) → aquecimento de polímero desaparecem regiões cristalinas do material 
poliméricos com a fusão dos materiais. 
• A energia do sistema destrói a estrutura regular de empacotamento, mudando do estado borrachoso para o estado 
viscoso (fundido). Esta transição só ocorre na fase cristalina, portanto, só tem sentido se aplicada 
para polímeros semicristalinos. 
• Ocorre mudança de fase. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tc 
• Durante o resfriamento de um polímero a partir da temperatura acima de Tm, ele atingirá uma temperatura baixa o 
suficiente para que um número grande de cadeias poliméricas se organize espacialmente de forma regular. Esta 
ordenação espacial permite a formação de uma estrutura cristalina (cristalito ou lamela) naquele ponto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerações sobre a Tg e a Tm 
• Todo e qualquer fator que resulte em um aumento nas forças intermoleculares secundárias e na rigidez da cadeia 
aumentará ambos, Tg e Tm. 
• A presença de grupamentos rígidos dentro da cadeia principal vai promover rigidez à mesma, tendendo a aumentar 
Tg e Tm. 
• A presença de um grupo lateral volumoso tende a ancorar a cadeia polimérica, exigindo maiores níveis de energia para 
que a cadeia adquira mobilidade, aumentando o Tg e o Tm do polímero proporcionalmente ao seu volume. Por outro 
lado, a dificuldade de empacotamento gerada por este grupo volumoso dificulta a cristalização (reduzindo os valores 
da fração cristalina) podendo até impedi-la completamente. 
• A presença do grupo lateral de isomeria trans reduz a mobilidade da cadeia, acrescendo sua rigidez e, por conseguinte, 
aumentando ambos Tg e Tm. 
• O fator externo que mais altera os valores de Tg e Tfé a presença de plastificantes na forma liquida, ou sólidos de 
baixa massa molar, intencionalmente adicionados ou naturalmente absorvidos pelo polímero. 
• Moléculas do plastificante se alojam entre as cadeias poliméricas, afastando-as umas das outras, reduzindo as forças 
de atração intermolecular, aumentando a mobilidade das cadeias, reduzindo o nível energético necessário para dar 
mobilidade à cadeia toda, por conseguinte, reduzindo a Tg, aumento de volume livre. 
• T de amolecimento Tg=100 ̊C → Tg=150 ̊C (viscoso); 
• Rotação da cadeia carbono-carbono acontece somente acima da Tg; 
• Polímeros abaixo da Tg não há escoamento do material, rompe de uma vez pois não há mobilidade rotacional; 
 
 
Viscoelasticidade 
• Fenômeno pelo qual o polímero apresenta características de um fluido e de um sólido elástico ao mesmo tempo. 
• A fração plástica ocorre por causa do atrito entre as cadeias poliméricas > isso faz com que o 
polímero demore um tempo para responder à solicitação, gerando urna defasagem entre a solicitação e a resposta. 
• Levar em conta, como, principalmente, a massa molar, as temperaturas características Tg e Tf, e a temperatura na qual 
a medida está sendo feita. 
• De uma maneira simplificada, é comum classificar em três estados, com relação à temperatura, os estados físicos-
mecânicos que um polímero semicristalino pode apresentar: 
- Vítreo > acontece em temperaturas abaixo de Tg > cadeias não têm energia suficiente para apresentar mobilidade > 
respondendo de forma elástica às solicitações > O polímero é rígido e frágil. 
- Borrachoso > acontece em temperaturas entre T g e Tm > nesta faixa de temperatura, o nível energético dá 
mobilidade somente à fase amorfa, mantendo a fase cristalina rígida > comportamento semelhante ao da borracha 
vulcanizada. 
- Viscoso > acontece em temperaturas acima de Tm. > alto nível energético > apresenta todas as cadeias poliméricas 
altamente móveis, com uma forte contribuição da resposta plástica a deformação. 
• Polímeros amorfos, que apresentam apenas os estados vítreo e viscoso. 
 
 
 
 
 
Dureza 
• Definição de dureza: É a medida da resistência oposta a penetração de uma superfície ou risco por um instrumento de 
dimensões determinadas sob carga também determinada; 
• Influenciada por: carga mineral, plastificantes, densidade de reticulação, cristalinidade e viscoelasticidade; 
• Diferenças entre a medição de dureza: 
- Definição de escalas e pontos; 
- Forma e tamanho do indentor; 
- Carga aplicada; 
- Taxa e tempo da aplicação da carga (comportamento viscoelástico - fluência); 
• Parte das macromoléculas deformadas plasticamente tendem a recuperar plasticamente > Efeito de relaxação de 
tensão. 
• Propriedade que varia de acordo com a mudança da concentração dos componentes do material, além da natureza 
do polímero 
 
Classificação das durezas de Metais x Polímeros: 
 
Durezas Materiais Tipo de material 
Brinell / Rockwell Metais 
Vickers Metais e cerâmicas 
Shore Polímeros, Elastômeros 
Barcol Alumínio, Chumbo, compósitos 
Dureza Shore: 
• Shore A: 
- Materiais moles; 
- Até a leitura de 90; 
• Shore D: 
- Materiais duros; 
- Leitura acima de 90; 
 
Dureza Barcol: 
• Alumínio, chubo, compósitos 
 
Abrasão: 
• Resistência a abrasão: resistência oferecida pela composição de borracha ao desgaste pelo contato com superfícies 
abrasivas em movimento. 
• Definida pela carga e velocidade > expressa em porcentagem. 
• Teste > compressão do corpo de prova sob carga determinada contra um abrasivo. 
Finalidade de desgastar uma porcentagem do corpo de prova para referência. 
• Poder abrasivo; 
 
Ensaio de tração: 
• Avaliar as propriedades mecânicas do polímero; 
• Solicitações estáticas; 
• Caracterização: taxa de deformação constante > velocidade de ensaio; 
• Resultado > Tensão axial de estriamento (tração) em função da deformação; 
• Conceito igual ao de materiais (ver Ciência dos materiais); 
• Módulo de Elasticidade (E) ≠ de Rigidez > porém quanto maior for o módulo de elasticidade, maior será a rigidez; 
• Comportamento frágil > sem ponto de escoamento > não se deforma plasticamente. 
• Comportamento dúctil > existe ponto de escoamento > tem limite elástico > logo após o limite, se deforma 
plasticamente. 
• Ductilidade > deformação plástica total > até o ponto da ruptura do material > avaliada pelo elongamento. 
• Tenacidade > capacidade do material absorver energia antes de romper; 
Um material dúctil com a mesma resistência a tração de um material frágil irá precisar de mais energia para se 
romper, por isto é mais tenaz. 
• Fatores estruturais que influenciam no teste de tração: 
- Peso molecular; 
- Ramificações e ligações cruzadas; 
- Cristalinidade > morfologia cristalina; 
- Copolimerização / Blendas poliméricas; 
- Orientação molecular; 
- Reforços, cargas, plastificantes, etc. 
• Fatores externos que influenciam no teste de tração; 
- Temperatura, tempo e velocidade de deformação; 
- Nível de solicitação mecânica; 
- Tipo de solicitação; 
- Ambiente; 
• Aumento da velocidade de ensaio é equivalente a diminuição da temperatura. 
• Se a velocidade é aumentada > impede o escorregamento e o acomodamento das moléculas > aumenta o módulo de 
elasticidade, e por sua vez a rigidez > diminui o enlogamento. 
• No teste de tração > há o desenovelamento > alinhamento > rompimento se o polímero está acima da Tg. 
• Na tração > área reduzida fica opaca pois há rearranjo dos cristais (semicristalinos)Teste de impacto 
• Medem o quanto de energia é necessária para quebrar o corpo de prova; 
• Relação com a tenacidade > resistência e ductilidade; 
• Obtém-se a energia absorvida até a fratura > comportamento dúctil-frágil; 
• Corpo com entalhe > concentrador de tensões > rompe o corpo de prova no local do impacto > menor resistência ao 
impacto; 
• Variando o raio do entalhe > varia a resistência ao impacto; 
• Corpo sem entalhe > maior resistência ao impacto; 
• Acima da Tg > resistência ao impacto maior > aumento de volume livre > atua como amortecedor; 
• A resistência ao impacto aumenta com o aumento da temperatura; 
• Para amorfos > a resistência ao impacto aumenta muito quando sua temperatura se aproxima da Tg ou maior a Tg. 
• Polímeros com altos valores de resistência ao impacto abaixo da Tg > tem Sub Tg’s; 
• Fatores estruturais que influenciam a resistência ao impacto: 
- Massa molar; 
- Cargas, reforços, plastificantes > plastificantes abaixam a Tg > aumentam a resistência ao impacto se a Tg está 
próxima a temperatura de ensaio; 
- Cargas rígidas em um polímero rígido geralmente diminuem a resistência ao impacto do polímero; 
• HIPS > Blenda + copolímero > PS + butadieno > Elastômero; 
• Polipropileno > material inerte; 
• O teste de resistência ao impacto não permite a microestrutura se arranjar;