aula polimeros

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Ementa
• Conceitos fundamentais
• Nomenclatura de polímeros
• Classificação de polímeros
• Estrutura molecular dos polímeros
• Síntese de polímeros
• Massas molares e sua distribuição em polímeros
• Comportamento térmico dos polímeros
• Comportamento mecânico de polímeros
• Relação estrutura-propriedade
• Processamento de polímeros
Histórico
• Antiguidade, materiais resinosos para carimbar, colar 
documentos e vedar vasilhames
• Século XVI, espanhóis e portugueses, tiveram contato com 
a borracha 
• 1839, Goodyear, vulcanização
• 1846, químico alemão tratou algodão com ácido nítrico, 
nitrocelulose
• 1912, 1° polímero sintético, fenol+formaldeído=resina 
fenólica, baquelite
• 1920-Staudinger, cientista alemão, propõe a teoria de 
macromolécula, prêmio Nobel de Química em 1953.
• 1929-DuPont formaliza as reações de condensação que 
geraram as poliamidas, NYLON
Conceito
• Poli(muitos) e mero (unidade de repetição)
• Macromolécula composta por dezenas de 
milhares de meros (unidade de repetição), 
ligados por ligação covalente.
• A matéria-prima é o monômero, molécula com 
uma unidade de repetição.
• Pesos moleculares da ordem de 103 a 106
• Dividem-se em 3 grandes classes em relação ao 
comportamento mecânico: Plásticos, Borrachas e 
Fibras
Etileno
• Mas qualquer composto de baixa massa 
molecular pode gerar um polímero?
• Não! Para que ocorra a reação de 
polimerização é necessário que cada 
monômero (pequena molécula) se combine 
com pelo menos 2 outros monômeros. Para 
isso, o monômero precisa ter dois pontos 
reativos na molécula 
Funcionalidade
• É o número de pontos reativos presentes em 
uma molécula.
• Exigência para uma molécula ser considerada 
monômero, deve ter pelo menos 
funcionalidade 2. 
• A bifuncionalidade pode ser obtida com a 
presença de grupos funcionais reativos e/ou 
duplas ligações reativas
 Os polímeros estão em toda a parte.
O DNA é um polímero, assim como as proteínas e o amido que ingerimos nos alimentos. 
Todos os dias usamos roupas feitas de polímeros, naturais ou sintéticos, além de 
inúmeros objectos
As borrachas sintéticas 
(como os pneus) são 
polímeros assim como a 
celulose das plantas.
• Características gerais:
• Baixa densidade
• Baixo ponto de amolecimento e fusão.
• Grande deformabilidade (termoplásticos)
• Baixa resistência mecânica
• Baixa dureza
• Isolantes térmicos
• Resistem bem a degradação por produtos inorgânicos e pouco 
a produtos orgânicos
Terminologia
Exemplos: ceras parafínicas, ácidos graxos e seus derivados
Fósforo
Starch=amido
Wool=lã
Silk=seda
Pitch=piche
Silk worm= bicho da seda
Nomenclatura
Simbologia para reciclagem
Classificação
Cadeias Ramificadas
São polímeros originários de monômeros de hidrocarboneto alifático 
insaturado contendo uma dupla ligação carbono-carbono reativa
Quanto ao comportamento mecânico
1. Plásticos
2. Elastômeros: a T amb, podem deformar-se 
no mínimo 2 x o seu comprimento inicial, 
retornando ao comprimento original 
rapidamente após retirada de esforço
3. Fibras: termoplástico orientado , condição 
geométrica de L/D=100. Nylons, PET
Quanto ao comportamento mecânico
1. Plásticos: polímero sólido a T ambiente. Pode 
ser:
Quanto ao desempenho mecânico
1. Termoplásticos convencionais (commodities), 
baixo custo, baixo nível de exigência mecânica, 
alta produção, PP, PS, PVC
2. Termoplásticos especiais, EVA, SAN, PTFE
3. Termoplásticos de engenharia, para a confecção 
de peças de bom desempenho mecânico, 
engrenagens, que tb pedem estabilidade 
dimensional, Nylon, PET, PBT, POM, PC, ABS
4. Termoplásticos de engenharia especiais, onde 
alta T é a maior exigência, PPS, PEEK
Estrutura molecular
• Amorfo
• Semi-Cristalino
Estrutura molecular
1. Ligações Moleculares Primárias ou 
Intramolecular
a) Iônica, grupos carboxílicos ionizáveis( –CO2H)
b) Metálica, ocorre quando íons metálicos são 
incorporados ao polímero
c) Covalente
2. Ligações Moleculares Secundárias ou 
Intermoleculares
a) Forças de Van der Waals
b) Pontes de Hidrogênio
Interação entre dois dipolos permanentes da 
poliacrilonitrila PAN
Ligação de Hidrogênio formada entre a carbonila
e o grupo NH de uma poliamida
Ligações covalentes comuns em polímeros
Sofre Hidrólise fácil em contato com a água
Instáveis responsáveis pelo envelhecimento da borracha
Funcionalidade
• É o número de pontos reativos presentes em 
uma molécula.
• Exigência para uma molécula ser considerada 
monômero, deve ter pelo menos 
funcionalidade 2. 
• A bifuncionalidade pode ser obtida com a 
presença de grupos funcionais reativos e/ou 
duplas ligações reativas
• Moléculas polifuncionais f≥3 produzem rede 
tridimensional (termorrígido)
Polímero em Rede
Vulcanização da borracha
Polímero com ligações cruzadas
Características moleculares, estrutura
• A) polímeros lineares: As unidades mero são 
unidas ponta a ponta em cadeias únicas. 
Grande quantidade de ligações de Van der 
waals entre as cadeias. Ex: polietileno, PVC, 
poliestireno, polimetilmetacrilato
poliamidas (Nylon) 
• B) Polímeros ramificados: Cadeias de 
ramificações laterais encontram-se 
conectadas às cadeias principais. 
Diminuição da densidade do polímero. Ex: 
mesmos acima mas com baixa densidade.
• C) Polímeros com ligações cruzadas: As 
cadeias lineares estão unidas umas as outras 
em várias posições através de ligações 
covalentes. Ex: Borrachas vulcanizadas onde 
as ligações cruzadas são causadas pelo 
aditivo (“S”).
• D) Polímeros de rede: Possuem 3 ligações 
covalentes ativas formando redes 
tridimensionais: Ex: polímeros termofixos –
Baquelite, resina epoxi, etc
• Quando todas as 
unidades básicas 
repetidas (meros) são 
iguais = homopolímero
• Se duas ou mais 
unidades mero 
diferentes participam 
das moléculas = 
copolímero
Características moleculares, química 
(composição dos meros)
Conformação das cadeias
Características moleculares, forma
Helicoidal, presença
de GL, distorcem 
zig-zag
Termodinamicamente
e espacialmente
preferencial 
Configuração de cadeias poliméricas
9/9
Configuração de cadeias poliméricas: Taticidade, regularidade 
espacial com que grupos laterais são alocados na
cadeia
PS
Configuração de cadeias poliméricas:
isomeria geométrica
Na configuração Cis a cadeia cresce do mesmo lado, na trans em lados opostos
Estrutura molecular no estado sólido
• Como as cadeias moleculares estão 
empacotadas.
• Pode ser desordenado, formando a fase 
amorfa, ou, pode ser ordenado, regular e 
repetitivo, definindo a fase cristalina
Cristalinidade dos polímeros
• Diferente dos metais e 
cerâmicos, é um 
empacotamento de 
cadeias moleculares. 
• Em geral são 
parcialmente 
cristalinos
• Parte cristalina –com 
ordem
• Parte amorfa – sem 
ordem 
Figura 10.16 Dois arranjos cristalinos para materiais termoplásticos parcialmente cristalinos: (a) Modelo 
de franjas-micelas e (b) modelo de cadeia dobrada.
(Direito de cópia de 1982 de F. Rodriguez, “Principles of Polymer Systems”, 2. ed., p. 42. Reproduzido com permissão de Routledge/Taylos & Francis Group, LLC.)
a) 1928. Miscela franjada: os polímeros semi-cristalinos são formados por 2 fases
distintas, cristalitos (Segmentos de cadeias alinhadas paralelamente), dispersos numa
matriz amorfa
Teoria de miscela franjada
• À medida que a morfologia polimérica foi 
sendo estudada nas décadas posteriores, essa 
teoria foi sendo abandonada, pois não 
explicava algumas evidências de dobramentode cadeia e a existência de agregados 
cristalinos maiores (os esferulitos)
• Utilizado para descrever a morfologia de 
polímeros que cristalizam em níveis muito 
baixos.
(Extraído de R.L. Boysen, “Olefin Polymers (High-pressure Polyethelene)”, in “Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology”,
vol. 16, Wiley, 1981, p. 405. Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.)
Figura 10.17 Estrutura esquemática de cadeia dobrada de uma lamela de polietileno de baixa densidade.
Estrutura obtida em monocristais poliméricos, crescidos a partir do resfriamento de soluções diluídas.
b) 1957. Teoria das cadeias dobradas: cada molécula dobra de maneira regular, formando
cristais que são chamados de lamelas
Estrutura esferulítica, morfologia do polímero cristalizado a partir do estado fundido
Figura 10.18 Estrutura esferulítica de filme fundido de um polietileno de baixa densidade, 0,92 g/cm³.
(Extraído de R.L. Boysen, “Olefin Polymers (High-pressure Polyethelene)”, in “Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology”, vol. 16, Wiley, 1981, p. 406.
Reimpresso com permissão de John Wiley & Sons, Inc.)
A cristalização se inicia em núcleos individuais e se desenvolve radialmente
• Polímeros cristalizáveis típicos são os que 
possuem cadeias lineares, se tiverem 
ramificações ou grupos laterais, este são 
pequenos ou dispostos simetricamente.
• Quanto maior a cristalinidade, mais elevadas 
são as propriedades de densidade, rigidez, 
resistência química, T fusão, T transição vítrea, 
mas diminuem resistência ao impacto, 
alongamento na ruptura e a claridade ótica.
• Quanto mais simples a cadeia maior a 
cristalinidade.
• Maior a cristalinidade – maior a 
densidade
• Maior a cristalinidade – maior a 
resistência mecânica
• Maior a cristalinidade – maior a 
resistência ao calor (ao 
amolecimento)
• Maior a cristalinidade – maior a 
resistência à degradação. 
Fatores que alteram a cristalinidade
1. Linearidade da cadeia, facilitam empacotamento 
favorecendo a cristalinidade
2. Taticidade, ex.: PPi (polipropileno isotático) apresenta 
uma ordem na disposição do grupo lateral, tendo 
regularidade, tem 50 – 80% de cristalinidade. Já PP 
atático é amorfo, aspecto pastoso.
3. Grupo lateral, sua presença dificulta um 
empacotamento regular das cadeias, reduzindo a 
capacidade de cristalização. Comparando a % de 
cristalização com o efeito do volume: PE (grupo lateral 
H) 90%; PVC (Cl) 15%; PS (fenila) amorfo
Fatores que alteram a cristalinidade
4. Configuração em torno de duplas ligações,
config. cis, arranjo irregular (conformação do 
tipo enrodilhada); trans, arranjo regular 
próximo à zig-zag planar.
• O que é cristalização sob tração?
• Quando pode ocorrer?
• É desejável?
Fatores que alteram a cristalinidade
5. Polaridade, ser polar não é obrigatório para ser 
cristalino, mas pode aumentar forças 
intermoleculares, gerando cristalinidade, Nylon
6. Rigidez/flexibilidade da cadeia principal, cadeias rígidas 
facilitam o empacotamento pois tendem a manter 
suas cadeias paralelas entre si.
7. Copolimerização, dois meros diferentes na cadeia 
principal, com isso tenderá a ter dificuldade de 
empacotamento. Porque a borracha EPDM que 
contem 2 meros que individualmente produz 
homopolímeros semicristalinos (PE e PP) é amorfa?
Fatores que alteram a cristalinidade: Polaridade
Ligação de Hidrogênio formada entre a carbonila e o grupo NH de uma poliamida
PEA (amorfo), Cadeia flexível
PET e PBT (semi-cristalinos), Cadeias rígidas
PE +
PP
Meros de etileno e propileno
= EPDM, amorfo
Copolímero aleatório
O mero etileno quando homopolimerizado
resulta em PE semicristalino
O mero propileno quando homopolimerizado
resulta em PP semicristalino
Fatores que alteram a cristalinidade
8. Aditivos: plastificantes, dificultam o 
empacotamento; nucleantes, facilitam a 
cristalização.
9. Taxa de resfriamento de processamento, no 
resfriamento lento, o número de cadeias que 
tem tempo para se ordenar é maior, 
consequentemente, maior será a 
cristalinidade
Técnicas para determinação experimental do grau de 
cristalinidade dos polímeros
• Calorimetria por DSC
• DRX
Síntese
Polimerização é a reação química ou conjunto de 
reações na qual moléculas simples reagem entre
si, formando uma macromolécula de alta massa 
molecular
POLIMERIZAÇÃO
O crescimento em cadeia, ou polimerização por
adição, envolve uma reação rápida entre cadeias de
monômeros quimicamente ativos. Exemplo: PE, PS, PVC
são polímeros de adição comuns. São obtidos
“adicionando-se” alcenos simples, como o etileno
(CH2=CH2) , o estireno (C6H5CH=CH2) e o cloreto de
vinila (CH2=CHCl).
O crescimento em estágio, etapas, ou polimerização
de condensação envolve reações químicas individuais
entre pares de monômeros reativos, e é um processo
muito mais lento.
Polimerização por adição
Os polietilenos sob várias pressões e condições catalíticas apresentam propriedades diferentes, 
que resultam de estruturas moleculares diferentes
a) Para obter cadeias lineares: Óxido de cromo usado como catalisador 
b) Para obter cadeias ramificadas: Processo a 230°C sob alta pressão
Polímeros de condensação
Características: eliminação de moléculas de baixa massa molecular como subprodutos como 
H2O, HCl, NH3
O número de pontos reativos por molécula é chamado funcionalidade. O monômero deve 
ter, pelo menos, funcionalidade 2. Como os grupos funcionais são reativos entre si, não há a 
necessidade de adição de iniciadores.
+H2O
Polímeros de condensação
diácido diamina
O radical ativo (OH) ataca a dupla ligação de um monômero, neste caso, o etileno,
transferindo o centro ativo e dando início a polimerização
Polimerização por adição
Desaparecimento do centro ativo
Radical livre
MECANISMO DA REAÇÃO DE POLIMERIZAÇÃO DE ADIÇÃO
 A reação de polimerização em adição pode ser de vários tipos:
 Radical livre
 Aniônica
 Catiônica
 Reações de polimerização em adição que ocorrem em etapas dependentes uma da 
outra
 Iniciação
 Propagação
 Terminação
Radical livre
Polimerização iônica
• O carbono do centro ativo tem falta de 
elétrons, com isso, é gerada uma carga 
positiva, carbocátion, e a reação é dita 
polimerização catiônica
• O carbono do centro ativo tem excesso de 
elétrons, gerando uma carga negativa, 
carboanion e a reação é dita polimerização 
aniônica
Formação do carbocátion e iniciação
O próton (H+) ataca a dupla ligação do monômero, formando uma ligação simples através 
do uso do par de elétrons da dupla ligação C=C, e transferindo a carga positiva 
(falta de dois elétrons) para o carbono cabeça
Formação do carboânion e iniciação
Métodos de polimerização
• Em massa
• Em solução
• Em suspensão
• Em emulsão
Métodos de polimerização
• Em massa: monômero é adicionado ao 
iniciador. A reação se inicia com o 
aquecimento, podendo ser verificada pelo 
aumento da viscosidade do meio. Vantagem é 
a qualidade do produto final, que é livre de 
qualquer impureza. Por outro lado, sua 
desvantagem é a dificuldade de se controlar a 
temperatura (reação exotérmica)
Métodos de polimerização
• Em solução: melhora a transferência de calor e 
homogeneização da temperatura, para isso 
um líquido é adicionado ao meio reacional. 
Esse líquido pode ser um solvente, e a 
polimerização então é dita em solução.
Métodos de polimerização
• Em suspensão, Como o uso de solventes é 
economicamente desinteressante, 
desenvolveu-se uma terceira técnica de 
polimerização, onde se emprega a água como 
meio de transferência de calor. O iniciador é 
previamente dissolvido no monômero e esta 
mistura adicionada à água.
Métodos de polimerização• Em emulsão, Uma outra maneira de manter um líquido orgânico 
(monômero) disperso em água ocorre com o uso de um agente 
emulsificante (sabão). Adiciona-se um sabão à água e promove-se 
uma forte agitação. As moléculas de sabão vão formar miscelas
com as pontas hidrófobas viradas para dentro e as pontas hidrófilas 
para fora.
• Ao se adicionar o monômero, parte dele fica na forma de gotas, 
mas parte irá penetrar nas miscelas (região hidrófoba). 
Adicionando-se um iniciador solúvel em água, a polimerização nas 
gotas é evitada, mas esta vai ocorrer nas miscelas. Com a formação 
de polímero nas miscelas e conseqüente redução da concentração 
de monômero, aparecerá uma pressão osmótica forçando mais 
monômero a sair das gotas e imigrar para as miscelas, dando 
continuidade a polimerização.
• O produto final é um pó fino
Métodos de polimerização
• Em emulsão, 
Pressão osmótica=Pressão hidrostática= ρgh
Comportamento térmico
• Temperaturas de transições características em 
polímeros:
1. Temperatura de transição vítrea ou Tg
2. Temperatura de fusão cristalina ou Tm
3. Temperatura de cristalização
Comportamento térmico
Temperatura de transição vítrea ou Tg, valor 
médio da faixa de T que durante o 
aquecimento, faz com que as cadeias da fase 
AMORFA adquiram mobilidade. Possui 
energia interna suficiente para permitir o 
deslocamento de uma cadeia em relação a 
outra. 
Comportamento térmico
Temperatura de fusão cristalina ou Tm, valor 
médio da faixa de T que durante o 
aquecimento, desaparecem as regiões 
cristalinas com a fusão dos cristalitos, ou 
seja, mudança de fase. 
Comportamento térmico
Temperatura de cristalização ou Tc, durante 
o resfriamento de um polímero 
semicristalino a partir de seu estado fundido, 
ao atingir esta T as cadeias se organizam de 
forma regular, formando a estrutura 
cristalina. 
Termograma de calorimetria 
diferencial de varredura, DSC
-Uma descontinuidade na curva caracteriza uma transição de 2ª ordem (Tg)
-A presença de picos caracteriza transições de primeira ordem (Tm e Tc).
A grande variação nos valores de Tg e Tm apresentados pelos polímeros é
dependente de fatores estruturais particulares. Os mais importantes são listados,
comentados e exemplificados a seguir.
Como estas duas temperaturas de transição servem para vencer forças secundárias
e dar mobilidade à cadeia polimérica, todo e qualquer fator que resulte em um aumento
nas forças intermoleculares secundárias e na rigidez da cadeia aumentará ambos, Tg e
Tm.
Influência da estrutura química sobre Tg e Tm
1.Rigidez/flexibilidade da cadeia principal
A presença de grupamentos rígidos dentro da cadeia principal vai promover
rigidez à mesma, tendendo a aumentar Tm.
1.Rigidez/flexibilidade da cadeia principal Tm
2.Polaridade
A existência de grupos polares nas macromoléculas poliméricas tende a aproximar
mais fortemente as cadeias entre si, aumentando as forças secundárias. Assim, a presença
de polaridade aumenta Tg e Tm, este aumento sendo tanto maior quanto maior for a
polaridade
Em relação a polaridade do grupo funcional: menor o seu efeito de atração, 
quanto maior o número de CH2
3. Efeito do volume do grupo lateral
A presença de um grupo lateral volumoso tende
a ancorar a cadeia polimérica, exigindo maiores
níveis de energia para que a cadeia adquira
mobilidade, isto é, 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.
3. Efeito do volume do grupo lateral
4. Simetria.
A presença de grupos laterais pode não aumentar tanto Tg e Tm se estes forem
dispostos de uma maneira simétrica com relação ao eixo da cadeia principal. Isso permite
movimentos mais equilibrados da molécula, não exigindo altos níveis de energia para
que o estado de mobilidade seja atingido. Este efeito é confirmado pelos valores das
temperaturas de transição do policloreto de vinilideno PVDC, que são inferiores aos
do policloreto de vinila, apesar de este polímero apresentar o dobro de átomos
de cloro do que o PVC (e, portanto, um volume do grupo lateral duas vezes maior),
mas estes estão dispostos de uma maneira simétrica, permanecendo um átomo de
cada lado da cadeia polimérica, como visto na Tabela 7.1.
5. Isomeria: isomeria trans, reduz a mobilidade da cadeia, acrescendo sua
rigidez e, por conseguinte, aumentando ambos Tg e Tm.
6.Copolimerização
• Muitas vezes a Tg se situa entre valores dos 
Tg’s dos homopolímeros individuais e 
geralmente inibe a cristalização, produzindo 
copolímeros amorfos.
7. Massa molar
• Novamente, por Tg se tratar da temperatura
em que o nível energético para a
movimentação da cadeia é atingido, o
aumento da massa molar da cadeia polimérica
(isto é, aumento do comprimento da molécula
a ser movimentada) tende a reduzir o volume
livre e, portanto, aumentar o Tg.
8. Ramificações
• A presença de ramificações implica um 
aumento de pontas de cadeia, gerando um 
aumento do volume livre. Isso facilita a 
movimentação das cadeias, reduzindo o nível 
energético para se atingir mobilidade da 
cadeia e, portanto, reduzindo T g
9. Influência de fatores externos 
• O fator externo que mais altera os valores de Tg e Tm é 
a presença de plastificantes na forma liquida, ou 
sólidos de baixa massa molar, intencionalmente 
adicionados ou naturalmente absorvidos pelo 
polímero. Estas moléculas normalmente são pequenas, 
se alojando entre as cadeias poliméricas, afastando-as 
umas das outras. Este afastamento reduz as forças de 
atração intermolecular secundária, aumentando a 
mobilidade das cadeias, ou seja, lubrificando-as. Esta 
lubrificação molecular reduz o nível energético 
necessário para dar mobilidade à cadeia toda, por 
conseguinte, reduzindo a temperatura de transição 
vítrea do polímero.
Comportamento mecânico
• Deformação Elástica: variação no ângulo e 
distância de ligações entre átomos da cadeia 
polimérica
• Deformação Plástica: atrito e escoamento entre 
as moléculas poliméricas
• Viscoelasticidade de polímeros, fenômeno pelo 
qual o polímero apresenta característica de um 
fluido (responsável pela fração plástica) e de um 
sólido elástico (responsável pela fração elástica) 
ao mesmo tempo
Deformação elástica e plástica nos polímeros
Analisando-se o comportamento físico - mecânico de um polímero 
semi-cristalino em relação à temperatura, ele pode ser classificado 
como:
• Vítreo, acontece em T abaixo da Tg. Nesse baixo 
nível energético, as cadeias não têm mobilidade, 
o polímero é rígido e frágil;
• Borrachoso, acontece entre Tg e Tm. A fase 
amorfa possui mobilidade, a flexibilidade 
depende desta mobilidade e é restringida pela 
rigidez da fase cristalina. 
• Viscosos, acima de Tm. É neste estado que os 
polímeros são processados. Todas as cadeias 
estão altamente móveis, contribuindo para a 
deformação plástica.
• Porque o termo fundido não é usual para 
polímeros, mas sim o termo viscoso?
• Pois, o termo fundido (a fusão está 
relacionada à fusão cristalina) é restrito a 
polímeros semicristalinos e não aos amorfos 
e, por isso, não é usado de modo geral.
Modelos de viscoelasticidade linear
• Fração elástica da deformação é representada por uma 
mola, pois possui comportamento Hookeano, a 
deformação sofrida é diretamente proporcional a 
tensão aplicada (+ comum: força e deslocamento: 
F=Kx). O coeficiente de proporcionalidade é o módulo 
de elasticidade E. σ=E.ε
• Fração plástica, representada por um amortecedor 
(pistão com fluido) que segue um comportamento 
Newtoniano, a tensão é diretamenteproporcional a 
taxa (variação) da deformação. O coeficiente de 
proporcionalidade é a viscosidade η. σ= η.dε/dt
• dε/dt indica a influência do tempo
Como avaliar a dependência das propriedades 
mecânicas dos polímeros com o tempo?
• Com ensaio de fluência, onde a amostra é 
submetida a uma tensão constante (uma carga 
constante sob tração, compressão ou flexão) e a 
deformação é registrada com o tempo.
• E também com o ensaio de relaxação de tensão, 
onde a amostra e submetida instantaneamente a 
uma deformação, que é mantida constante 
durante o todo o tempo do ensaio. Para relaxar a 
tensão, as moléculas escoam umas sobre as 
outras.
Tensão constante deformação constante
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) 
Elasticidade da borracha
• A flexibilidade das moléculas elastoméricas e a 
restrição à deformação plástica das ligações 
cruzadas proporcionam as borrachas um 
comportamento único que é a sua elasticidade. 
As borrachas, mesmo quando deformadas acima 
do dobro de seu comprimento inicial, ou seja, 
com deformações cima de 100%, retornam 
instantaneamente à dimensão inicial quando 
aliviadas da tensão e não proporcionam qualquer 
deformação permanente. 
Deformação plástica
Determinação da tensão de escoamento e da 
resistência a tração em polímeros termoplásticos
Resistência a tração na ruptura, deformação na ruptura
Tensão de tração no escoamento, deformação no escoamento
Influência da temperatura em um polímero. Mudança 
de vitreo para borrachoso
Impacto
• Alguns materiais que podem ser considerados 
dúcteis em testes onde a taxa de deformação 
é baixa ou moderada, quando têm um agente 
concentrador de tensão, devido a defeitos ou 
design da peça, apresentam fratura frágil
• Energia no Impacto Para os testes com o pêndulo (Charpy e Izod) a 
energia potencial da elevação do martelo se transforma em energia 
cinética na descida. Parte desta energia é transferida para o corpo 
de prova, provocando sua ruptura. A energia residual eleva o 
martelo no movimento de oscilação do pêndulo. A diferença entre 
a altura de queda e a altura de retorno representa a energia para 
quebrar o corpo de prova. 
Os valores podem ser analiticamente calculados para um pêndulo 
típico. 
Eabs=W*R*(cos  - cos )
Teste Charpy
O corpo de prova é fixado num suporte, na base da máquina. O martelo do pêndulo -
com uma borda de aço endurecido de raio específico - é liberado de uma altura pré-
definida, causando a ruptura do corpo de prova pelo efeito da carga instantânea. A 
altura de elevação do martelo após o impacto dá a medida da energia absorvida pelo 
corpo de prova. 
O teste pode ser conduzido em temperatura ambiente ou em temperaturas mais 
baixas para testar a fragilização do material por efeito de baixa temperatura. 
No ensaio Charpy o corpo de prova é bi-
apoiado como uma viga simples , com um 
entalhe central. O corpo de prova é 
posicionado de forma que o entalhe fique na 
face oposta à face de impacto. O 
posicionamento do entalhe é tal que o 
impacto ocorre na região de maior tensão - a 
seção transversal média do corpo de prova. 
Parâmetros que influenciam no comportamento mecânico
dos polímeros
• 1) Estrutura Química
• Se a temperatura ambiente estiver abaixo da Tg, é esperado que o 
polímero tenha um módulo elástico na faixa entre 1 a 10 GPa.
• Se a temperatura ambiente estiver acima da Tg:
– Se o polímero for amorfo, este se comportará como uma borracha, 
com módulo elástico na faixa de 1 a 10 MPa.
– Para polímeros parcialmente cristalinos, nos quais a temperatura 
ambiente se situa entre Tg e Tm, o grau de rigidez é intermediário a 
estes valores.
Tudo que aproxima as cadeias, aumentando as forças secundárias, ou as 
torna rígidas faz aumentar Tg pois será necessário fornecer mais energia 
para mover as cadeias. Aumentando Tg, aumenta-se a rigidez do 
polímero
Parâmetros que influenciam no comportamento mecânico
dos polímeros
• 2) Cristalinidade
• À medida que o grau de cristalinidade de um 
polímero cresce, o módulo elástico, a 
resistência ao escoamento e a dureza também 
aumentam. Pois nas regiões cristalinas, onde 
as cadeias se encontram densamente 
compactadas em um arranjo ordenado, existe 
uma grande quantidade de ligações 
intermoleculares.
• Aumento do grau de cristalinidade, pode ser 
visto pelo aumento da densidade
3.Massa molecular
• O limite de resistência à tração aumenta em 
função de um aumento de massa molecular, 
devido ao aumento de número de embaraços 
e entrelaces na cadeia com o aumento da 
massa molecular. Não tem efeito apreciável 
sobre o módulo de elasticidade.
4. Plastificante, água e/ou monômero 
residual
• Adição de plastificante, separo as cadeias, 
diminuindo as forças intermoleculares, 
diminuindo Tg, diminuindo módulo de 
elasticidade.
• Polímeros como poliamida (C=O), poliuretano 
(C=O) e à bases de celulose (OH): as carbonilas e 
hidroxilas absorvem H2O, através da formação de 
pontes de H com o O. A água atuará como 
plastificante.
• Monômero residual também age como o 
plastificante
5.Copolimerização
• pode-se ter uma ideia do comportamento 
mecânico de copolímeros ao acaso, 
observando-se a variação da temperatura de 
transição vítrea (Tg) como função da 
concentração dos comonômeros adicionados.
• Se Tg aumenta, módulo de elasticidade 
aumenta.
6.Fibras para reforçamento
• Compósito: matriz polimérica com a segunda 
fase dispersa na matriz (fibras)
• Adicionar 2°fase cujo módulo de elasticidade é 
maior que a matriz, consegue-se um aumento 
no E, resistência ao escoamento ou ruptura.
7. Elastômeros para tenacificação
• incorporação de 
um elastômero 
(borracha) na 
forma de uma 
segunda fase 
dispersa. Ex.: HIPS, 
matriz de PS com 
uma segunda fase 
dispersa de 
Polibutadieno