AULA 7 Plásticos

Prévia do material em texto

Professora Kaori 
Aula 7 Materiais de Construção II 
 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Definição: Materiais poliméricos 
 
Definição clássica: 
A palavra polímero é originada do grego, cujo significado é 
poli: muitas, mero: partes. 
 
Usualmente o termo “plástico” é utilizado para designar os 
materiais poliméricos 
Plástico significa: “capaz de ser moldado”. 
 
 
 
Os materiais poliméricos apresentaram plasticidade em algum 
momento de sua fabricação, quando então foram moldados. 
Os polímeros são capazes de adquirirem condições 
plásticas por ação de calor e pressão. 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Classificação dos Polímeros 
Polímeros Naturais: derivados de plantas e 
animais 
Madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda, 
proteína, enzima, amidos e celulose. 
Celulose 
Proteína 
Polímeros Sintéticos: sintetizados a partir 
de moléculas orgânicas pequenas 
Plásticos, borrachas e materiais fibrosos. 
Propriedades podem ser 
controladas 
Silicone 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Matérias-primas 
formadoras dos 
polímeros 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 
Petróleo  fonte de Hidrocarbonetos (HC) 
Gás Natural  CH
4
 – metano 
Carbono  metano; CO
2 
 
 Outros... 
Madeira  fonte de materiais pirolenhosos 
Água 
Ar  fonte de Oxigênio e Nitrogênio 
Flúor 
Sal Marinho  fonte de Cloro 
Areia  fonte de sílica 
Materias Naturais: celulose, lactose, algodão, milho, cana de açúcar, etc...) 
 Cargas: (talco, Carbonato de Cálcio, mica, fibra de vidro, etc...) 
 
 
Matérias-primas formadoras dos 
polímeros 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Petróleo: 
 
É formado por muitos 
compostos que possuem 
temperaturas de ebulição 
diferentes, sendo assim 
possível separá-los 
através de um processo 
conhecido como 
destilação ou 
craqueamento. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 Nafta, produto incolor extraído 
do petróleo e matéria-prima 
básica para a produção de 
plástico. 
 
 São necessárias 30 toneladas de 
petróleo para se produzir 1 
tonelada de PP ou PE 
Matérias-primas formadoras dos 
polímeros 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Polimerização 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Monômero 
Polímero 
Materiais poliméricos 
Polimerização 
Os monômeros reagem entre si formando uma longa sequência de 
unidades repetitivas (meros). 
 
Formam homopolímeros ou copolímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Alguns exemplos 
Unidade 
mero 
Cloreto de polivinila 
(PVC) 
Polipropileno 
(PP) 
Unidade 
mero 
Politetrafluoroetileno 
(PTFE) Teflon 
F 
C 
F 
C 
F 
F 
C 
F 
C 
F 
F F 
 
Unidade 
mero 
H H 
C 
H Cl 
C C C 
H 
C 
H 
H H 
 
H Cl 
H H 
C 
H 
C C 
H H 
C 
H 
C 
CH3 H CH3 H 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Poliestireno (PS) 
H 
C C 
H 
 
H 
C 
CH3 H 
C 
C O CH3 
O 
H 
Polimetil metacrilato 
(PMMA) 
OH 
CH2 
CH2 
Fenol-formaldeído 
(Baquelite) 
CH2 
Poliexametileno 
adipamida (náilon) 
Polietileno tereftalato 
(PET) 
N 
H 
C 
H H H 
N 
H 
O 
C 
H O 
C C 
O 
C 
O H H 
C O C C O 
H H 
O C 
CH3 
CH 
3 
O 
O C 
Policarbonato 
Alguns exemplos 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 
 
 
 
São formados pela repetição de dois ou mais meros 
distintos na molécula. 
 
 
Nota: 
Mistura física de 2 ou mais polímeros, sem qualquer 
reação química entre eles, para a obtenção de um 
produto final de características adequadas para 
otimizar a relação custo-eficiência do material, 
denomina-se Blenda Polimérica. 
 
 
 
 
Copolímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 
 
 
4 TIPOS: 
 
- Aleatório: ABAABABBBABAABB 
 
 
- Alternados: ABABABABABABA 
 
 
- Em bloco: AAAABBBBAAAABBBB 
 
 
 
- Ramificados: BBBBBBBBBBBBB 
 
 
 
Copolímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Forma molecular 
Macromolécula contendo espirais, 
torções e dobras aleatórias, produzidas 
por torção e rotações das ligações da 
cadeia em três dimensões 
Modelo Tridimensional do Polietileno Confere ao polímero característica elástica 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Processos de 
Polimerização 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Existem diversos processos para unir moléculas 
pequenas com outras para formar moléculas grandes. 
Sua classificação se baseia no mecanismo pelo qual 
se unem estruturas monômeras ou nas condições 
experimentais de reação. 
 Processos de polimerização 
Polímeros de adição: 
 unidade estrutural = monômero. 
 reação em cadeia 
 
Polímeros de condensação: 
 unidade estrutural ≠ monômero. 
 reação em etapas 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Polimerização por adição 
(por reação em cadeia) 
1) Iniciação: formação de sítio reativo 
a partir de uma espécie iniciadora (ou 
catalisadora) e monômero. 
Curiosidade: período para desenvolver uma molécula com 1000 
unidades mero é da ordem de 10-3s. 
2) Propagação da reação: 
crescimento linear da molécula. 
3) Terminação da reação: 
desativação do sítio reativo 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Polimerização por condensação (ou reação em estágios): neste 
processo, as reações químicas intermoleculares ocorrem por 
etapas, e em geral envolvem mais de um tipo de monômero 
Etileno glicol Ácido adípico 
Poliéster 
Polimerização por condensação 
(reação em estágios) 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Ácido tereftálico Etileno glicol 
Tereftalato de etilenoglicol - poliéster 
Polimerização por condensação 
(reação em estágios) 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Natureza da cadeia 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 
 
Natureza da cadeia: 
 
Polímero de cadeia 
homogênea – 
Quando o esqueleto da 
cadeia é formada apenas 
por átomos de carbono. 
 
 
 
Polímero de cadeia 
heterogênea - Quando no 
esqueleto da cadeia 
existem átomos diferentes 
de carbono 
(heteroátomos). 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Estrutura Molecular 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Linear 
Ramificado 
Ligações Cruzadas 
Em rede 
Unidade mero 
Estrutura molecular 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Configuração 
Molecular 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
ProfessoraKaori 
Polímero tático: Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao 
longo da cadeia de maneira organizada. 
 
Polímeros isotáticos: os monômeros distribuem-se ao longo da 
cadeia e as unidades sucessivas podem ser exatamente superpostas. 
 
 
 
 
Polímeros sindiotáticos: uma unidade monomérica em relação à 
seguinte, reproduz a imagem especular desta última. 
 
Configuração Molecular: 
Estereoisomeria 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Configuração Molecular: 
Estereoisomeria 
Polímero atático: quando as unidades monoméricas 
dispõem-se ao longo da cadeia polimérica ao acaso, ou 
seja, de maneira desordenada. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Configuração Molecular: 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Cristalinidade 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Amorfos: arranjo molecular desordenado ou seja, não 
possuem uma organização estrutural entre as cadeias 
poliméricas. 
 
 
 
 
 
 
Cristalinos: segmentos das moléculas são capazes de formar 
uma ordenação tridimensional, dando origem aos cristais. 
100% amorfo semi-cristalino 
Cristalinidade em Polímeros 
Na prática, não existem materiais 100% 
amorfos nem 100% cristalinos devido 
ao longo comprimento das moléculas 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Modelo micélio 
•O arranjo atômico em polímeros é mais complexo do que em metais e 
cerâmicas; 
•Parcialmente cristalinos: regiões cristalinas em uma matriz amorfa. 
 
Arranjo de cadeias moleculares em uma 
célula unitária para o polietileno 
Possíveis rotações e torções em 
torno de ligações simples 
podem levar à formação de 
cadeias poliméricas não 
necessariamente retilíneas. 
Região com alta cristalinidade 
Região amorfa 
Cristalinidade em Polímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Esferulitos 
• Entre as lamelas cristalinas, há regiões desordenadas (amorfas). 
• Uma cadeia poliméricas pode estar parcialmente em uma lamela 
cristalina e em um estado amorfo. 
• Moléculas de amarração: cadeias que começam em uma lamela, 
cruzam a região amorfa e, então, se juntam a outra lamela. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Grau de cristalinidade 
Depende de: 
 
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. 
 
Copolimerização: se os meros se arranjam mais regularmente, são 
mais fáceis de cristalizar. Ex: Copolímeros em bloco e alternados 
cristalizam mais facilmente que os aleatórios ou por enxerto. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
 
• As propriedades dos plásticos predominantemente amorfos 
são: 
• estabilidade dimensional; 
• baixa contração de moldagem; 
• ótima resistência à fluência e 
• transparência. 
 
Ex: ABS, PS, PC, PMMA, etc. 
 
 
As Regiões amorfas contribuem principalmente, para conferir ao 
polímero: 
 flexibilidade, 
 maciez e elasticidade. 
Cristalinidade em Polímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
• As propriedades dos plásticos predominantemente 
cristalinos, são: 
-ótima resistência química; 
-contração de moldagem alta; 
-apresentam pós-contração; 
-são higroscópicos; 
-maior tendência a deformações; 
-menor viscosidade no estado fundido. 
 
 
Maior a cristalinidade: 
Maior densidade, rigidez, resistência mecânica, resistência à 
solventes, ponto de amolecimento 
Menor a flexibilidade e maciez 
Cristalinidade em Polímeros 
Ex.: PE, PP, PVC, 
PA, etc. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Comportamento 
térmico 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Fusão e Transição Vítrea 
Fusão - Ocorre com materiais cristalinos. 
A fusão ocorre em termoplásticos 
Um polímero cristalino possui um ponto de fusão definido T
f
. 
 
Transição Vítrea - Ocorre com materiais amorfos quando 
resfriados a partir de um líquido fundido, se tornam sólidos 
rígidos, mantendo a estrutura molecular desordenada, 
característica do estado líquido. 
Propriedades Físicas e Mecânicas são altamente 
sensível as mudanças térmicas 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Transições térmicas
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Classificação dos Polímeros 
Comportamento Térmico 
Termoplásticos 
• Necessitam de calor para serem moldados (amolecem 
quando aquecidos e endurecem quando são resfriados); 
• Processo reversíveis e que podem ser repetidos: recicláveis; 
• Materiais moles e dúcteis; 
• Polímeros com cadeias lineares e ramificados (com força de 
interação relativamente fracas); 
• Maior utilização industrial (70% em peso da quantidade total 
de plásticos) 
Ex.: Polietileno (PE), 
Polipropileno (PP), Poli(cloreto 
de vinila) PVC, poli(metacrilato 
de metila) (PMMA), Poliestireno 
(PS). 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Classificação dos Polímeros 
Comportamento Térmico 
Termofixos 
•Cadeias com alta densidade de ligações cruzadas 
(covalentes); 
•Ligações entre as cadeias impedem o movimento rotacional e 
vibracional da cadeia em alta temperatura; 
• Permanecem rígidos com o aumento da temperatura; 
•Temperatura excessiva promoverá o rompimento das 
ligações cruzadas e a degradação do polímero, ou seja, 
polímeros termofixos não são recicláveis; 
 
Ex.: Adesivos, tintas, resina fenólica 
(baquelite), resina epóxi, resinas de 
poliéster, embutimento de amostras 
metalográficas. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Comportamento 
mecânico 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Analisado em relação à resistência à deformação 
sob a ação de esforços mecânicos, os polímeros 
dividem-se, em: 
 
 
• Borrachas 
(elastômeros) 
• Plásticos 
• Fibras 
Comportamento Mecânico 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Borrachas ou Elastômeros 
• Quando submetidas a tensão, os elastômeros se 
deformam, mas voltam ao estado inicial quando a tensão é 
removida. 
• Amorfos ou com baixa cristalinidade 
• Cadeias moleculares espiraladas e dobradas; 
• Altas deformações elásticas 
• Possuem cadeias flexíveis amarradas umas às outras 
com uma baixa densidade de ligação cruzada. 
 
Cadeia de moléculas de um 
elastômero: 
(a)no estado não-deformado 
(livre de tensões) 
(b) deformado elasticamente 
em resposta a uma tensão 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Plásticos 
• Embora sólidos à temperatura ambiente, em alguns 
estágios de seu processamento, tornam-se fluídos e 
possíveis de seremmoldados, por ação de calor e/ou 
pressão. 
 
Podem ser classificados em: 
•Termoplásticos e 
 
•Termorrígidos (termofixos) 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Fibras 
• Deve satisfazer a condição geométrica do comprimento 
ser no mínimo cem vezes maior que o diâmetro (L/D > 
100). 
 
• Usados na forma fios finos. 
 
• Ex.:fibras de PAN,nylons, Poliésteres (PET), etc. 
 
Nanofibras 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Características Mecânicas e 
Termomecânicas 
Comportamento Tensão x Deformação 
São encontrados 3 tipos de comportamento tensão x deformação: 
Polímero frágil 
 
Polímero plástico 
 
Polímero elástico 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Influência da temperatura sobre as propriedades 
mecânicas do PMMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
Variações que se 
observa com a 
temperatura: 
• Diminui E 
• Diminuição limite de 
resistência à tração; 
• Aumenta ductibilidade 
Variação do Comportamento mecânico com a 
temperatura 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Aditivos para Polímeros 
Substâncias que modificam ou melhoram as 
propriedades mecânicas, químicas e físicas 
tornando o polímero útil para determinado serviço. 
 
• ENCHIMENTOS – melhora o limite de resistência à tração e 
compressão, a resistência à brasão, tenacidade estabilidade 
dimensional e térmica. 
• Ex: Negro de fumo (matrizes termoplásticas e termofixas) 
 
• PLASTIFICANTES –melhora a ductibilidade, flexibilidade e 
tenacidade. Reduz a dureza e rigidez 
 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
• ESTABILIZADORES –evita deterioração do polímero causada 
pelo exposição à luz e a oxidação 
 
• CORANTES –conferem uma cor específica ao polímero 
 
• RETARDADORES DE CHAMA –conferem ao polímero 
resistência à inflamabilidade 
 
Aditivos para Polímeros 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
PROCESSAMENTO DE 
POLÍMEROS 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
• Para processar composições moldáveis é necessário que a 
composição passe por um estado fluido: 
 
• Sem ou com aquecimento 
• Sem ou com pressão 
• Ou através da adição de um líquido 
Técnicas de Conformação 
• Termoplásticos amorfos são processados acima da Tv 
• Semicristalinos são processados acima da Tf 
 
• Em ambos os casos a aplicação de pressão deve ser mantida 
durante o resfriamento da peça para reter sua forma. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Técnicas de processamento 
• Processos Contínuos 
• Extrusão de filmes, extrusão de fibras 
 
• Preenchimento de molde 
• Moldagem por injeção 
• Moldagem por compressão 
• Moldagem de pré-forma 
• Sopro, conformação térmica 
 
• Moldagem gradual 
• Revestimento, moldagem por rotação 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Extrusão 
• Uma rosca mecânica ou parafuso empurra o material 
peletizado. 
• O material fundido é compactado e conformado. 
• A massa fundida é forçada passar através do orifício 
da matriz. 
A solidificação do 
segmento extrudado é 
acelerado por 
sopradores ou por 
borrifadores de água. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Extrusão 
Tem 2 propósitos: 
• produzir continuamente polímeros sob formas 
simples e regulares; 
• Misturador eficiente entre os aditivos e os polímeros 
produzir formas sólidas, filmes, chapas, tubos, sacos plásticos, etc. 
Uma extrusora 
industrial pode 
ter de 18 a 21 m 
de comprimento. 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Moldagem por injeção 
1. Molde é fechado; 
2. Êmbolo avança injetando o material no 
molde; 
3. Êmbolo retrai e carga do próximo ciclo 
de injeção é alimentada, enquanto o 
molde permanece fechado até que o 
moldado tenha atingido temperatura que 
permita sua remoção sem distorções; 
4. Molde é aberto e moldado é extraído 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Polímero prensado contra matrizes aquecidas 
1- Polímero a aditivos são 
misturados na parte inferior do molde; 
2- O molde superior e inferior são 
aquecidos; 
3- O molde é fechado e calor e pressão 
são aplicados; 
4- O material se torna viscoso e se 
ajusta à forma do molde; 
Moldagem por compressão 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Ingredientes sólidos são derretidos 
em uma câmara de transferência 
aquecida. O processo é usado com 
polímeros termofixos e para peças 
com geometria complexa. 
Moldagem por transferência 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
1. Processo descontínuo; 
2. Adequado para obtenção de peças 
ocas; 
3. Processo de insuflação de ar ou 
vapor no interior de uma pré 
forma (tubo), geralmente obtido 
por extrusão, inserida no molde; 
4. Aplicável a materiais 
termoplásticos, na industria de 
embalagens. 
 
Ex.: frascos, garrafas, brinquedos 
volumosos 
Moldagem por insulflação 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
O processo de vulcanização consiste de reações químicas 
irreversíveis entre cadeias do elastômero e o enxofre (ou outro 
agente), gerando ligações cruzadas entre cadeias. 
• Borracha não-vulcanizada: mais macia, pegajosa e com baixa 
resistência à abrasão. 
• Borracha vulcanizada: valores maiores de módulo de elasticidade, 
resistência à tração e resistência à degradação oxidativa. 
Vulcanização 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
- Aplicável para obtenção de fibras de polímeros pouco 
resistentes ao calor, porém sensíveis a solventes aquecidos. 
- Solução altamente viscosa é passada através de orifícios da 
fieira, os filamentos se solidificam pela evaporação do 
solvente, dentro de uma câmara adequada à sua recuperação. 
Modelagem por fiação 
Aula 7 Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
Professora Kaori 
Dúvidas?? 
Aula Materiais de Construção II 
Engenharia Civil 
7 
Professora Kaori