Misturas 2017.2 Aula 1 aluno

Prévia do material em texto

23/08/2018
1
PROFESSORA: Patricia Pereira
e-mail:patyscp@gmail.com
GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
SECRETARIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE (UEZO)
MISTURAS E COMPÓSITOS 
(Polímeros)
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS COMPÓSITOS NATUREZA 
(Naval) 
Segunda-Feira – 17:30 as 20:00h
EMENTA:
Tecnologia de Polímeros: ( carga horária 60 horas)
▪ Misturas Poliméricas: principais características, propriedades e aplicações.
▪ Misturas com elastômeros: estrutura e propriedades.
▪ Compósitos e Nanocompósitos (ED): nomenclatura, processos de obtenção, tipos, características e
propriedades principais dos materiais.
Tecnologia em Construção Naval (carga horária:80 horas):
▪ Programa Definição e classificação de material compósito.
▪ Tipos de matriz e reforço.
▪ Produção de compósitos de matriz cerâmica (ED), produção de compósitos de matriz metálica (ED),
produção de compósitos de matriz polimérica.
▪ Estrutura e propriedades dos materiais compósitos.
▪ Transferência de tensão através de interface fibra-matriz, teorias de adesão, regra das misturas.
▪ Aplicações gerais dos compósitos.
▪ Aplicação dos compósitos em Engenharia Naval (Seminário).
BIBLIOGRAFIA BÁSICA (POLÍMEROS):
1. Levy Neto, L.C Pardini- Compósitos estruturais, Ed. Blücher
2. Duran, L.H.C Mattoso, P.C de Morais – Nanotecnologia, Introdução, Preparação e
Caracterização de Nanomateriais e exemplos de aplicação, editora Artliber, 2006
3. Barra, Compósitos Poliméricos,Apostila Curso EMC 5706 (EMC-UFSC), 2004.
4. Al-qureshi, Composite Materials: Fabrication and Analysis, 3ª Edição, ITA,
1988.
5. Matthews, R.D Rawlings, Composite Materials: Engineering and Science, London,
Chapman and Hall, 1994.
6. Polymer Nanocomposites: Synthesis, Characterization and Modeling, edited by R.
Krishnamoorti, R.A Vaia, 2002
Bibliografia Básica (Naval)
• PARDINI, C.; NETO, F. L.; Compósitos estruturais. São Paulo: LCTE, 2006.
• MENDONÇA, P. T. R.; Materiais compostos e estruturas-sanduíche, projeto e análise,
São Paulo: Manole, 2005.
• CALLISTER, W.D., Ciência e Engenharia dos Materiais, São Paulo: John Wiley, 1997.
• VAN VLACK, L.H., Elements of Materials Science and Engineering, 6th edition,
Addison-Wesley Publishing Co., Reading, MA, 1989. Bibliografia Complementar
• HULL, D., CLYNE, T. W. An Introduction to Composite Materials. Cambridge Solid
State Science Series, 1996.
• HULL, D. An Introduction to composite material. Cambridge Uni. 1981.
• KAW, A. K. Mechanics of Composite Materials, CRC Press, 1997.
AVALIAÇÕES:
AV1: Prova (6,0) + Média dos Exercícios (1,0) + Seminário (3,0)
AV2: Prova (6,0) + Média dos Exercícios (1,0) + Seminário (3,0)
Prova AV3 (matéria toda): (10,0)
Obs: 
o tempo de apresentação do seminário deve ser de 20 a 30 minutos. 
A nota do seminário é individual. 
Misturas e Compósitos
13/08 Aula inaugural / Revisão / Misturas poliméricas
20/08 Misturas 
27/08 Trabalho - Misturas 
03/09 Misturas 
10/09 Misturas 
17/09 Seminário (grupos de 5) Tema: Blendas Poliméricas
24/09 AV1
01/10 Revisão da AV1/ Compósitos
08/10 Compósitos 
15/10 Semana Nacional de Ciência e Tecnologia 
22/10 Compósitos
29/10 Compósitos
05/11 AV2
12/11 Revisão da AV2 / Seminário ( grupos de 5)
Tema: Aplicação de compósitos na indústria Naval e polimérica 
19/11 Obs: Véspera de feriado (Estudo Dirigido caso não sejam suspensas 
as aulas)
26/11 AV3
03/12 Revisão da AV3
10/12 Limite para inclusão de notas no sistema acadêmico
23/08/2018
2
Revisão...
A cadeia petroquímica e o plástico
m
o
n
ô
m
e
r
o
s
P
o
l
í
m
e
r
o
s
Cada clipe pode ser entendido como 
uma unidade de repetição 
Monômeros são substâncias constituídas por pequenas moléculas cujas ligações são 
covalente.
POLÍMERO significa muitos “meros” (unidades de formação de uma molécula longa). 
Formado pela combinação de um grande número de unidades de repetição 
(monômeros).
POLÍMERO
Temperatura, pressão e 
catalisadores
Monômero= molécula pequena capaz de reagir
Mero= estrutura química repetitiva da molécula
Oligômero= molécula com poucos meros
Polímero= macromolécula com muitos meros
MATERIAIS POLIMÉRICOS: 
Borracha
: são aqueles existentes na natureza na forma polimérica. 
: são aqueles obtidos por meio de reações químicas
23/08/2018
3
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS: 
✓ BAIXO CUSTO
✓ BAIXA DENSIDADE*
DENSIDADES:
AÇO = 8 g/cm3
Al = 2,7 g/cm3
VIDRO = 2,6 g/cm3
POLÍMEROS = 0,9 - 1,5 g/cm3
✓ BAIXA REATIVIDADE
✓ ALTA RESISTÊNCIA ELÉTRICA
✓ BAIXA CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
PROPRIEDADES X APLICAÇÕES
PROPRIEDADES APLICAÇÕES
AEROESPACIAL Estabilidade térmica e oxidativa
ENGENHARIA Substituição de metais
FIBRAS DE ALTO MÓDULO Uso em cordas de pneus 
POLÍMEROS NÃO INFLAMÁVEIS Móveis e construção civil
POLÍMEROS DEGRADÁVEIS Liberação controlada de drogas, pesticidas, 
fertilizantes
APLICAÇÕES MÉDICAS Suturas degradáveis, órgãos artificiais
ELETRÔNICA Placas de circuitos impressos, isolantes, baterias
Os polímeros podem ser classificados em:
Termoplásticos: são polímeros que não sofrem alterações na sua estrutura química durante o
aquecimento/amolecimento e, portanto, podem novamente ser fundidos após o
resfriamento. São recicláveis. Exemplo: PE, PP, PVC, PA, PC, PET, etc.
Termorrígidos ( termoendurecíveis): são polímeros que quando aquecidos uma vez, mudam
sua estrutura química e não podem ser fundidos novamente. Não são recicláveis. Exemplo:
Poliuretano (alguns tipos são termofixos),Fenol-formaldeído (baquelite), Melamina-
formaldeído, resina poliéster e etc.
Elastômeros (borrachas): são conhecidos como borrachas, uma vez moldados não podem ser
fundidos novamente, porém podem ser reaproveitados como cargas/enchimentos em outros
produtos. Exemplo: borracha natural (látex) e borrachas sintéticas (SBR). Possuem cadeias
com ligações cruzadas, semelhante às dos termofixos, porém em menor densidade de
reticulação.
Obs: O que existe em termos de
reciclagem para esses materiais é sua
moagem e incorporação do moído na
fabricação de outras peças termofixas.
As ligações cruzadas amarram as cadeias umas as outras, impedindo seu 
deslizamento
Elastômeros:
❖ Poucas ligações cruzadas
❖ Ex. Borracha vulcanizada
Termorrigido:
❖ Muitas ligações cruzadas;
❖ São inicialmente líquidos, e se
solidificam após a formação
de ligações cruzadas (cura)
Elastômeros vs. Termorrigido
Termofixos: 
Elastômeros: 
Termoplásticos
23/08/2018
4
Alguns polímeros e suas siglas...
Polipropileno
Polietileno 
Estrutura das moléculas - amorfo ou semi-cristalino
Amorfo: as moléculas são orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas.
Semi-cristalino: as moléculas exibem um empacotamento regular, ordenado, em
determinadas regiões. Os polímeros semicristalinos são mais duros e resistentes;
Obs: Nenhum polímero é 
100% cristalino
Material geralmente 
transparente. Ex: 
Policarbonato
Material opaco. Ex: Poli 
(tereftalato de etileno)
✓ Blendas de polímeros amorfos: maior estabilidade dimensional e resistência ao "creep“
(resistência a deformação) Ex: PPO modificado com poliestireno alto impacto (HIPS) ou
PC/ABS).
✓ Blendas de polímeros cristalinos: maior resistência química e menor "stress cracking”
(Tensão residual do material provocado pelo processo de fabricação - falha prematura) . Ex:
PP/EPDM, PPO/Poliamida ou PC/PBT.
Misturas Poliméricas
Introdução:
➢ Mistura = Blend (inglês)
Misturas ou Blendas Poliméricas
➢ Blendas e Compósitos – Iguais ou não?
23/08/2018
5
Misturas poliméricas: 
Misturas físicas ou misturas mecânicas de dois ou mais polímeros, de forma que
entre as cadeias moleculares dos polímeros diferentes só exista interaçãointermolecular secundária ou que não haja um elevado grau de reação química
(copolímero*) entre as cadeias moleculares dos polímeros diferentes; muitas blendas
poliméricas são utilizadas como plásticos de engenharia, com aplicações
principalmente nas indústrias automobilística e eletro-eletrônica.
Compósitos
Material conjugado formado por pelo menos duas fases ou dois componentes, sendo
geralmente uma fase polimérica (podendo ser também metálica ou cerâmica) e uma
outra fase de reforço, normalmente na forma de fibras. Para a formação do material
compósito é necessário haver uma interação química e/ou física entre a matriz
polimérica e o reforço.
Produção de peças automobilísticas como pára-
choques.
Utilizado na produção de fios e fibras,
não tecidos, eletrodomésticos, sacaria
de ráfias, chapas, fitas de arquear,
copos e potes descartáveis, utensílios
domésticos, móveis, entre outros.
Obs: Copolímero* (elevado grau de reação química)
PP Homopolímero X PP Copolímero
Possui excelente resistência mecânica a baixas
temperaturas. Mais flexível e resistente do que o
PP Homopolímero. Sua resistência é aumentada
quando modificado com borracha termoplástica.
Entretanto, sua resistência química é inferior ao do
PP homopolímero. Transparente. Usado em
brinquedos, embalagens industriais, automóveis,
eletrônicos
➢ Muitas vezes, é desejável modificar alguma das características apresentadas
pelos polímeros, para que este possua propriedades específicas para uma
determinada aplicação no mercado.
➢ Sendo assim, uma alternativa possível para modificação dessas propriedades
seria durante a polimerização, alterar a estrutura molecular do polímero.
➢ Além disso, é possível modificar as propriedades dos polímeros em maior grau
inserindo-se um ou mais monômeros na cadeia principal, formando os
copolímeros.
➢ A polimerização simultânea de dois ou mais monômeros constitui o processo
chamado de copolimerização, ou seja, a formação de copolímeros. Quando
dois ou mais monômeros são combinados em um único meio reacional, as
unidades de cada um desses monômeros se ligam de forma a constituir uma
só cadeia.
➢ As propriedades dos copolímeros dependem da natureza dos monômeros
constituintes, da proporção entre eles e da forma da distribuição dos meros.
➢ Além da copolimerização, outra forma de modificar as propriedades de
sistemas poliméricos é a mistura física de mais de um polímero (blenda
polimérica). Essa forma é mais econômica que a copolimerização, a qual
requer ajuste das condições operacionais do reator de polimerização para
cada razão entre os monômeros, já que a cinética e a troca de calor mudam
para cada composição.
➢ Muitas pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de desenvolver
novos materiais, buscando atender uma demanda de mercado de
produtos com propriedades diferenciadas em relação aos tradicionais
para aplicações cada vez mais específicas.
PA + PPO Noryl GTX (SABIC)
PA – Resistência química e boa fluidez.
PPO (polioxifenileno) – Estabilidade dimensional, baixa absorção de água e resistência ao calor.
Blenda: material extremamente resistente quimicamente com a dureza e elevada resistência ao impacto.
Aplicado na indústria automobilística.
Exemplo: Blenda de POLlCARBONATO/POLlESTER TERMOPLÁSTICO 
• Os trabalhos para o desenvolvimento desta blenda polimérica tiveram início em
1978, na GE-Europa, visando atender à uma solicitação de Ford-Europa para um
material que pudesse ser usado na fabricação de pára-choques, pintados ou não
sem reforços metálicos.
• Assim, com a homologação final pelos laboratórios da Ford-Alemanha, em 1983,
nasceu a resina Xenoy, resultado da mistura entre o policarbonato e o PBT
(Polibutileno Tereftalato) ou PET (poli(tereftalato de etileno)).
• Atualmente mais de 20 tipos desta blenda vem sendo produzidas e despertando
interesse em outros segmentos de mercado, como naval, aeronáutico e eletro-
eletrônico.
Polímeros: Ciência e Tecnologia - Jan/Mar-93
Principais Características das Blendas Poliméricas Fabricadas no Brasil
Edson Roberto Simielli *
23/08/2018
6
Stress cracking: Tensão residual do material provocado pelo processo de fabricação ( falha
prematura)
❖ A primeira patente registrada de uma mistura polimérica composta por
borracha natural (NR) e gutta percha data de 1846.
❖ Já, a primeira mistura de polímeros sintéticos, poli(cloreto de vinila) e
poli(acetato de vinila) (PVC/PVAc), foi patenteada em 1928.
❖ Nos dias de hoje, a prática de misturar polímeros tornou-se bastante usual, mas
tanto o interesse acadêmico como industrial/comercial ainda é crescente.
❖ A figura abaixo apresenta o crescimento do número de publicações (1970-2007)
com o termo “polymer blend” na base de dados de artigos científicos
Compendex® e na base de dados de patentes Derwent Innovations Index.
➢ A viabilização comercial de novos polímeros começou a se tornar cada
vez mais difícil.
➢ A opção pelas misturas permite na verdade encurtar o tempo de
desenvolvimento de novos materiais.
➢ A síntese de um novo polímero e o seu desenvolvimento comercial
exigem frequentemente muitos anos, enquanto uma nova mistura
pode ser desenvolvida com um tempo médio bem inferior ao
desenvolvimento de um novo polímero.
➢ Uma segunda vantagem reside na possibilidade de dispensar a construção de
novas instalações de polimerização, uma vez que as misturas são obtidas por
técnicas de “compounding” (composto polimérico. Ex:Polímero A+ Polímero B+
Aditivo) a partir de polímeros já existentes.
➢ Torna-se assim uma estratégia interessante do ponto de vista do custo dos
produtos. Além disso, a combinação de polímeros permite uma adequação
mais fina do material às condições específicas de utilização.
➢ O processo de mistura permite melhorar determinada(s) propriedade(s) do
material, com o mínimo ou nenhuma perda das demais propriedades.
➢ As principais propriedades que, geralmente, se desejam melhorar com o
processo de mistura são: resistência ao impacto, resistência térmica, resistência
química e resistência ao envelhecimento.
EXEMPLO:
❖ PC: elevada resistência ao impacto
❖ PET: excelente resistência a solventes.
❖ A adição de PET ao PC, ou vice-versa, visa principalmente incorporar
essas propriedades ao produto final;
❖ Sendo assim um dos principais aspectos a serem observados nos
ensaios mecânicos é a manutenção da resistência química do PET e da
resistência ao impacto do PC. É desejável que o polímero obtido pela
mistura possua propriedades de impacto tão bom quanto às do PC.
• a- 5 minutos, b- 10 minutos e c-20 minutos de processamento
Módulo: É uma grandeza proporcional à rigidez de um material quando
este é submetido a uma tensão externa de tração ou compressão.
23/08/2018
7
➢ É possível obter uma gama específica de propriedades, partindo das
características individuais dos componentes.
➢ Existem várias razões para a utilização de blendas poliméricas:
➢ Melhora de propriedades;
➢ Melhora de processabilidade;
➢ Promover melhor estabilidade dimensional;
➢ Melhorar a resistência à chama;
➢ Possibilidade de reaproveitamento de resíduos de polímeros;
➢ Reduzir custo do produto;
➢ Ajustar a composição da blenda às necessidades do produto
final
➢ A grande atenção dada às blendas poliméricas em relação ao setor
industrial/comercial é devido à relativa facilidade na obtenção de
materiais com propriedades desejadas, sem altos investimentos aplicados
no desenvolvimento da síntese de novos polímeros.
➢ Dessa maneira, as blendas poliméricas são uma versátil solução
tecnológica para se obter materiais poliméricos com as mais diversas
especificações a um custo relativamente baixo por meio de combinações
de polímeros com as propriedades de interesse.
As blendas poliméricas constituema melhor resposta tecnológica para gerar
"novos" polímeros comerciais de alto desempenho, a partir de polímeros
disponíveis comercialmente e é alternativa para a obtenção de materiais
poliméricos com propriedades que, em geral, não são encontradas em um único
material.
Exemplos de blendas poliméricas disponíveis no mercado mundial que vêm
apresentando maior interesse pelo mercado brasileiro:
Polipropileno (PP)
Borracha de Etileno-Propileno-Dieno (EPDM)
Poli(óxido de fenileno) (PPO)
Poliestireno de Alto Impacto (HIPS)
Poliamida (PA)
Policarbonato (PC)
Polibutieno Tereftalato (PBT)
Poli (tereftalato de etileno) (PET)
Acrilonitrila butadieno estireno (ABS)
BLENDAS ÀBASE DE POLlÓXIDO DE FENILENO - PPO
✓ O PPO é um poliéster saturado, desenvolvido pela GE em 1964.
PPO/HIPS ( Resina Noryl)
- menor absorção de umidade entre todos os plásticos de engenharia. 
- resistência à hidrólise 
- alta resistência à temperatura 
- excelente característica de isolação elétrica
- baixo peso específico - excelente estabilidade dimensional - baixa contração no 
molde - facilidade de processamento.
PPO/PA ( Resina Noryl GTX) apresenta basicamente as mesma propriedades acima,
diferenciando-se por sua:
- maior resistência à temperatura
- maior resistência química
- maior absorção de umidade
- maior contração no molde e pós-contração
Aplicações: Componentes externos para indústria
automobilística. Ex: grades frontais, páralamas,
calotas, pára-choques e portas.
Xenoy: Resina PC + Poliéster
Blenda PC/ABS
Temperatura de Deflexão Térmica (HDT): temperatura máxima na qual um material pode
ser utilizado quando tensionado em flexão
23/08/2018
8
Blenda 
polimérica
Vantagens Aplicações
PVC/ABS Melhor processabilidade e resistência do que o PVC. Melhor 
retardamento de chama do que o ABS
Carcaças de 
eletrodomésticos
PC/ABS Melhor resistência ao impacto e temperatura de deflexão térmica 
do que o ABS. Melhor processabilidade e menor custo do que o 
PC.
Aparelhos e máquinas de 
caixas eletrônicos, 
componentes 
automotivos.
PP/EPDM Melhor resistência ao impacto do que o PP. isolamentos de fios e 
cabos, para choque de 
automóveis, mangueiras.
PC/PBT Melhor processabilidade e maior resistência ao ataque químico do 
que o PC.
Tubulações, para choques 
de automóveis, carcaças 
de caixas de máquinas.
PET/PMMA Menor custo do que o PMMA. Elétricos e eletrônicos.
PPO/HIPS Melhor processabilidade e tenacidade do que o PPO. Melhor 
temperatura de deflexão térmica do que o PS.
Componentes 
eletrodomésticos, 
carcaças de máquinas.
PBT/PET Menor custo, melhor brilho e flexibilidade do que o PET. Elétricos e eletrônicos.
PA/ABS Boa resistência ao impacto, alta resistência ao calor e auto fluxo. Componentes 
automotivos, 
elétricas/eletrônica, 
equipamentos de jardim.
Silva, D.F.; Luna, C.B.B; Araújo, E.M.; Silva, A.L.; Blendas poliméricas: conceitos, obtenção e aplicações. Disponível 
em: <http://www.revistaret.com.br/ojs-2.2.3/index.php/ret/article/viewFile/431/408>
Exemplos de Blendas: