Trabalho de Propriedades Elétrica, Óticas de polimeros II PD

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1.1 Propriedades Elétricas 
Assim como os polímeros são maus condutores de calor, também são maus 
condutores elétricos. A maioria das propriedades elétricas destes isolantes é função da 
temperatura, fato extremamente importante em sistemas elétricos que devem operar em 
altas temperaturas. 
Materiais plásticos, termoplásticos e termo fixo, oferecem uma grande margem de 
liberdade na concepção e fabricação de peças que exigem propriedades elétricas 
específicas. O grande número de materiais poliméricos disponíveis que apresentam 
elevadas propriedades isolantes faz que estes materiais sejam ideais para aplicações de 
isolamento elétrico. É importante entender os fatores que podem afetar as 
características de isolamento elétrico ao longo do tempo. Umidade, métodos de 
processamento, calor e outras variáveis são importantes para serem consideradas pelo 
engenheiro de projeto. 
As principais características elétricas dos materiais poliméricos são: rigidez 
dielétrica, resistividades, constante dielétrica, fator de potência e resistência ao arco. 
a) Rigidez Dielétrica 
Indica o grau em que o material é isolante, é medida pela tensão elétrica que o 
material pode suportar antes de perder as propriedades de isolante. A falha é observada 
em função da excessiva passagem de corrente elétrica, ocorrendo reações químicas, que 
acarretam na formação de gases, degradando o material sólido e destruindo o 
isolamento elétrico. São acompanhados de efeitos luminosos, ruídos, interferência em 
transmissões de rádio e televisão, e descargas parciais, indesejáveis em materiais 
isolantes. 
b) Resistividade Volumétrica 
É a resistência de materiais isolantes à passagem da corrente elétrica entre as faces 
de uma unidade cúbica (volumétrica) para um determinado material em uma dada 
temperatura. Os polímeros são maus condutores, oferecendo alta resistência. 
c) Constante dielétrica 
A constante dielétrica de um material é uma característica correlacionada à 
energia eletrostática que pode ser armazenada em um capacitor que tem o material 
como dielétrico. Os polímeros possuem baixas constantes dielétricas, geralmente bem 
menores que o vidro e cerâmicas. 
d) Fator Potência 
 
Fator potencia é a razão entre a potencia dissipada pelo material isolante e a 
máxima potencia que seria fornecida ao sistema, mantendo-se os mesmos valores de 
diferença de potencial e intensidade de corrente. È uma medida relativa da perda 
dielétrica do material, quando o sistema age como isolante, e é comumente usada como 
medida de qualidade do isolante. 
e) Resistência ao arco 
É uma medida das condições de perda das propriedades dielétricas ao longo da 
superfície de um isolante, causada pela formação de caminhos condutivos na superfície 
do material. Altos valores de resistência ao arco indicam maior resistência à falha 
elétrica. 
Condução Elétrica 
O pequeno grau de condução que ocorre nos materiais isolantes poliméricos pode 
ser atribuído à difusão de cargas iônicas. A maioria dos polímeros, especialmente 
polímeros de policondensação, podem facilmente conter impurezas iônicas suficientes 
para exibir algum grau de condução. Estas cargas iônicas podem resultar de impurezas, 
tais como fragmentos de catalisador, ou de dissociação do próprio polímero. 
Um grau suficiente de mobilidade também deve existir para permitir a migração. 
Quanto maior a mobilidade, mais fácil a difusão iônica, e assim, observa-se uma 
diminuição da resistência à condução. Os aumentos na mobilidade podem resultar de 
condições tais como o aumento da temperatura, a adição de um agente plastificante, e 
um menos grau de cristalinidade. 
Portanto, a condutividade elétrica observada é uma função não só de impurezas 
iônicas, mas também da sua mobilidade. 
 
Relação entre estrutura e propriedades elétricas dos polímeros 
Para compreender o comportamento elétrico de materiais poliméricos, é 
importante conhecer as propriedades elétricas a um nível de átomos e moléculas. 
Também é importante conhecer o efeito da polaridade dos polímeros, e a dependência 
das propriedades elétricas como função da temperatura e freqüência. 
Quando um átomo constituído de um núcleo positivamente carregado rodeado por 
uma nuvem de elétrons carregados negativamente em movimento sem estar sob 
influência de um campo elétrico, as cargas negativas e positivas internas coincidem, 
sem efeito externo. No entanto, quando a molécula ou átomo covalente é colocado em 
um campo elétrico existe um deslocamento da nuvem de elétrons numa direção, e um 
deslocamento consideravelmente menor do núcleo no outro sentido. Este efeito de 
deslocamento é conhecido como polarização. 
 
Com moléculas não polares, tais como polietileno, o único efeito de polarização é 
eletrônico, portanto, o material terá constantes dielétricos com valores pequenos porque 
a polarização eletrônica é geralmente instantânea. Assim, a influência da temperatura e 
frequência serão muito pequenas. Para os materiais polares, polarização eletrônica não é 
necessariamente instantânea, e então é dependente da frequência e da temperatura. 
A constante dielétrica é afetada pela temperatura. Os dipolos são capazes de se 
orientar mais facilmente com o aumento da temperatura. Um efeito similar é visto com 
a viscosidade. A viscosidade de um material diminui com o aumento da temperatura, os 
dipolos são capazes de se orientar mais facilmente é assim a constante dielétrica 
aumenta. 
 
Figura 1 Variação da constante dielétrica com a freqüência de alguns polímeros 
polares. 
Se os grupos polares estão ligados à cadeia principal, a orientação completa 
dipolo não é possível após a aplicação de um campo elétrico por causa dos requisitos 
espaciais impostas pela estrutura da cadeia. Além disso, as cadeias poliméricas são 
muitas vezes formam um emaranhado, o tempo para a orientação é dependente do grau 
de emaranhamento da cadeia. 
Quando dipolos estão ligados à cadeia principal do polímero, o seu movimento 
depende da capacidade dos segmentos da cadeia de se moverem. Assim, o efeito de 
polarização dipolo é muito menor abaixo da Tg, do que acima dela. 
A incorporação de aditivos tem um efeito significativo sobre as propriedades 
elétricas de materiais poliméricos. Quando plastificantes são adicionados a um 
polímero, tal como PVC, a Tg é reduzida. Portanto, o PVC plastificado irá ter uma 
constante dielétrica muito mais elevada do que o PVC rígido, à mesma temperatura. 
 
Portanto, é possível uma polarização dipolo e um movimento do dipolo ocorrer em 
temperaturas abaixo da Tg. 
No caso de materiais não polares, a constante dielétrica é devida somente à 
polarização eletrônica e, geralmente, tem um valor inferior a três. Porque a polarização 
é instantânea. E a constante dielétrica é dependente da temperatura e frequência. Em 
moléculas polares o valor da constante dielétrica depende da polarização eletrônica e da 
orientação do dipolo, com valores de constante dielétrica entre 3-7 tipicamente. 
 
Figura 2 Efeito da temperatura na resistividade para vários materiais 
 
1.2 Propriedades Óticas 
As propriedades óticas dos polímeros podem informar sobre a estrutura e 
ordenação moleculares, bem como sobre a existência de tensões ou regiões sob 
deformação. 
As principais propriedades óticas relacionadas a materiais poliméricos são: 
a) Transparência 
A transparência à luz visível é apresentada por polímeros amorfos ou com baixos 
graus de cristalinidade, quantitativamente expressos pela transmitância, que é a razão 
entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz que incide 
paralelamente à superfície. Nos polímeros este valor pode alcançar 92%, para plásticos 
comuns. 
b) Índice de refração 
É a razão entre a velocidade da radiação eletromagnética no vácuo e a velocidade 
no meio em estudo, determinando-sea diminuição da velocidade da luz quando passa 
 
do vácuo para o meio transparente e oticamente isotrópico. A maioria dos polímeros 
tem índice de refração na faixa de 1,45-1,60, sendo exceções o PET (1,7) e a borracha 
natural (1,2). 
Propriedades óticas são dependentes de seleção de materiais, propriedades 
térmicas, processo de produção e aplicação do revestimento. Termoplásticos e termo 
fixos são apenas os dois modos de classificação de materiais disponíveis. 
 
 
- Referencias Bibliográficas 
 Polímeros como materiais de engenharia Eloisa Biasotto Mano, 2ª reimpressão 
200. 
 Engineered Materials Handbook. Vol 2 Engineering Plastics ASM 
International. 
 Ciência e Engenharia de Materiais uma Introdução. W.Callister, D. Rethwisch. 
8° Ed. LTC