materiais e processo 2017 revisão

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Prof. Avital G de A Rosa
rosaait@schaeffler.com
REVISÃO
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MATERIAIS
CERÂMICAS
METAIS
COMPÓSITOS
CONTEXTO GERAL
POLÍMEROS
CONTEXTO GERAL
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Polímeros
ENGENHARIAS
CIÊNCIAS
BIOLOGIA
MEDICINA
ESTUDOS DE POLÍMEROS É INTERDICIPLINAR
Interface
com outros
setores
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A utilização dos polímeros na indústria automotiva
A média de 30 quilos de polímeros empregada por veículo, na década de 70, passou a representar cerca de 180 quilos no final da década de 90 e estima-se que nos próximos cinco anos esse valor ultrapasse os 200 quilos.
A questão que ora se levanta, a partir do uso de plásticos na indústria automobilística, é sobre a disponibilidade de fornecimento de matérias-primas por parte da indústria de polímeros no Brasil. 
200Kg
180Kg
30Kg
atual
Anos 70
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POLI + MERO
Conceito de polímero
MERO X MONÔMERO
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Conceitos Fundamentais
Polímeros
	Moléculas relativamente grandes, de massas molares da ordem de 103 a 106 g/Mol em cuja estrutura se encontram, repetidas, unidades químicas simples conhecidas como meros.
Polímeros com um número pequeno de unidades constitucionais são denominados oligômeros (pequeno nesse caso é relativo, em geral para massa molar da ordem de 1.000 a 5.000 g/mol
Macromoléculas
	Moléculas grandes contendo um número de átomos encadeados superior a uma centena e podendo atingir valor ilimitado. Não são detectadas unidades repetitivas em sua cadeia. As propriedades ganham características próprias
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A razão pela qual são tão grandes é porque são formadas por moléculas MENORES e que estão todas ligadas como blocos em uma analogia a uma construção de LEGO. A palavra “poli” em “polímero” significa “muito”. Estas moléculas menores, que formam o polímero, são chamadas monômeros. 
A palavra “mono” em “monômero” significa um                                 
                                                           
Poliestireno – vários estirenos unidos (Lego montado com várias peças) 
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 A construção dos polímeros
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De uma forma geral os polímeros podem ser definidos como moléculas gigantes e constituídas pela repetição de uma estrutura química unitária pequena. No caso da maioria dos materiais termoplásticos uma única unidade estrutural está presente. Por exemplo, o polietileno é constituído de essencialmente de uma cadeia longa com a repetição dos grupos -(CH2)-(metileno) ou seja
..CH2-CH2-CH2-CH2-...
O comprimento pode variar:
QUANTAS UNIDADES EM UM POLIETILENO COMERCIAL?
Em alguns Polímeros comerciais o número de 1000 a 10000 grupos metilenos podem ser encontrados, correspondendo a uma massa molar de 14.000 a 140.000 g/mol. Por esse motivo, esses polímeros são conhecidos como altos polímeros (“High Polymers”).
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Polímeros e seu valor agregado
Os polímeros distinguem-se de acordo com a escala de produção, preço, nível de consumo e valor agregado
Os materiais poliméricos podem ser classificados em três grandes grupos: 
Polímeros para usos gerais (commodities), 
Polímeros para usos específicos (quasi-commodities) 
Polímeros de alto desempenho (especialidades). 
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Descrições 
Polímeros tipo commodities são aqueles produzidos em grande escala, têm baixo valor agregado, não apresentam diferenciação, são utilizados para finalidades gerais e são consumidos em grandes quantidades. 
Os chamados polímeros quasi-commodities são, também, produzidos em grande escala, porém em nível mais baixo do que as commodities. Entretanto, quasi-commodities apresentam desempenhos diferenciados e propriedades que os fazem ser ideais para determinadas aplicações. 
Polímeros de especialidades são aqueles que apresentam alto desempenho, são produtos específicos, com propriedades bem definidas e incomuns, tem alto valor agregado e são produzidos em escalas de pequeno porte.
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A figura é a representação gráfica desta classificação geral proposta. 
Verifica-se que quanto maior o volume de produção, maior é o consumo e menor é o grau de diferenciação, o preço e o conteúdo tecnológico. 
Por exemplo, os polímeros classificados no topo do triângulo (especialidades) são os que apresentam maior preço, diferenciação e conteúdo tecnológico, porém são produzidos e consumidos em menor escala e têm disponibilidade limitada a poucos produtores mundiais. 
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APLICAÇÕES COMERCIAIS
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A CADEIA PRINCIPAL DOS
POLÍMEROS 
Formada por ligações covalentes
Envolvem ligações C-C na maioria dos casos
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Algumas classificações
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	Ligação química: é a força atrativa que mantém dois ou mais átomos unidos.
Ligação covalente: resulta do compartilhamento de elétrons entre dois átomos. Normalmente encontrada entre elementos não-metálicos.
Ligação iônica: resulta da transferência de elétrons de um metal para um não-metal.
Ligação metálica: é a força atrativa que mantém metais puros unidos (formada pelo “gás de elétrons” e íons positivos da rede formada por átomos metálicos).
Ligações químicas, símbolos de Lewis e a regra do octeto
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Ligação de Hidrogênio
Sob certas condições, o átomo de H está atraído por forças relativamente fortes 
por dois átomos em vez de apenas um, de modo que ele atua como ligação entre
esses dois átomos: a chamada ligação de H
Condições:
Molécula deve possuir H ligado a átomo eletronegativo
A outra molécula envolvida deve possuir átomo eletronegativo
Normalmente representada por linha pontilhada
Quando formada, predomina sobre os outros tipos de interação, 
devido a sua força
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Forças atrativas
A ligação de hidrogênio é um tipo especial de interação dipolo–dipolo
ELEVADA COESIVIDADE
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Propriedades Físicas e 
Forças Intermoleculares - RESUMO
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Classificação dos Polímeros: 
Tipo de aplicação – Polímeros Industriais
Plásticos: Apresentam estrutura flexível, podem ser misturados entre si para formar “blendas” e podem ser processados por diversas técnicas. Os plásticos podem ser divididos em duas categorias principais, levando em conta fatores econômicos e uso final: commodity e polímeros de engenharia.
Fibras: Suas principais características são valores elevados para a resistência a tração e módulo, boa resistência ao alongamento, boa estabilidade térmica (suficiente para ser passado a ferro por exemplo), “spinability” (capacidade de ser convertido em filamentos), e outras propriedades dependendo da aplicação. (exemplos: algodão, lã, seda, e fibras sintéticas como poliéster, poliamidas, poliaramidas, acrílicas, etc.
Borracha (Elastômeros): Incluídos nesse grupo está a borracha natural e sintética. Um certo número de ligações cruzadas estão presentes, permitindo a movimentação das cadeias que devem retornar a sua posição inicial tal qual uma mola. Nesse regime não ocorre deformação permanente.
Cobertura e Adesivos: Materiais para cobertura e adesão são empregados desde os primórdios da civilização. Exemplos de materiais para coberturas são óleos naturais, resinas, látex natural. Com o desenvolvimento dos polímeros .Resinas para Materiais Compósitos. Baixa massa molar com capacidade de reticulação, não contem solventes voláteis. Epoxi, poliéster, etc.
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FONTES DE MATÉRIA PRIMA
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Origem
A matéria-prima utilizada para fabricação do polímero pode ser de origem:
mineral
vegetal 
animal
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De origem mineral
O petróleo é a principal matéria-prima para obtenção dos plásticos sintéticos. Também pode ser obtido a partir do gás natural e da hulha
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De origem vegetal
A partir do látex produzido por certas árvores tropicais se obtêm gomas e borrachas e, a partir da celulose, é possível obter-se celofane e celulóide
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De origem animal
A caseína, substância que se obtém do leite, é a matéria-prima para síntese da galalita, material plástico para fabricação de botões e pentes
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Classificação dos polímeros de acordo com sua origem e propriedades
Classificação quanto à ocorrência
De acordo com à ocorrência os polímeros podem ser:
Polímeros Naturais
Polímeros Sintéticos
São aqueles que existem na natureza - Exemplos:
Celulose;
Algodão;
Lã de carneiro;
Seda do bicho-da-seda.
São os obtidos artificialmente - Exemplos:
Acrílico;
Isopor;
Teflon;
PVC;
Classificação quanto à estrutura
Polímeros Termoplásticos
Polímeros Termofixos
Polímeros filiformes (delgados
como um fio), sendo moldáveis comavariaçãode temperatura;
Possuem massa molar elevada;
O principal termoplástico é o polietileno;
Eles devem ser reciclados pois não são
decompostos com facilidade pela natureza.
Polímeros tridimensionais que resistem
fisicamente variações térmicas;
Possuem massa molar baixa;
Exemplos de termofixos: resina epóxi
(Durepóxi®) e material de bolas de bilhar.
Classificação - estrutura
Diferenciação 
Resumo