CTM V Estrutura Materiais POLIMEROS JOCA 2018.2

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Estrutura dos Materiais: 
arranjos moleculares - Polímerosarranjos moleculares - Polímeros
Motivação/Importância
� Porquê estudar a classe dos Polímeros
� Conjunto de propriedades únicas que mais nenhuma classe de 
materiais possui:
� Baixa densidade
� Isolamento térmico e elétrico� Isolamento térmico e elétrico
� Facilidade de processamento
� Baixo custo
� variedade de objetos a que temos acesso hoje se deve à 
existência de polímeros sintéticos, como por exemplo: 
� sacolas plásticas, para-choques de automóveis, tubos para 
água, panelas antiaderentes, mantas, colas, tintas, chicletes, 
fibras texteis, lentes óculos, carcaças de eletros, ... etc.
Metais vs Polímeros: características
Metais vs Polímeros
Não metálicos (ex: C, H, O, F, Cl, S) 
Ligação covalente - intracadeia
Ligação van der Waals - intercadeias
Baixas densidades
Comportamento variado - de frágil a 
Pelo menos um elemento metálico 
(puro) ou mais metais (ligas)
Ligação metálica
No geral, elevada densidade
Deformáveis plasticamente Comportamento variado - de frágil a 
grandes deformações elastoplásticas
Baixas temperaturas de 
amolecimento e fusão
Isolantes elétricos e térmicos
Exceto polímeros semicondutores
Boa resistência ao choque térmico
Boa resistência ao ataque químico
Passível degradação aos raios UV.
Deformáveis plasticamente
Baixas propriedades a elevadas 
temperaturas
Condutividade elétrica e térmica 
elevadas 
Elevado CET
Baixa resistência à corrosão
Exceto: Ti, Au, Pt
Definição
• O que é um Polímero
Poli + mero
“Muitos” “unidade repetitiva”“Muitos” “unidade repetitiva”
C C C C C C
HHHHHH
HHHHHH
Polietileno (PE)
ClCl Cl
C C C C C C
HHH
HHHHHH
Cloreto de polivinila (PVC)
HH
HHH H
Polipropileno (PP)
C C C C C C
CH3
HH
CH3CH3H
mero mero mero
POLÍMEROS NATURAIS & SINTÉTICOSPOLÍMEROS NATURAIS & SINTÉTICOS
POLÍMEROS
Naturais: madeira, borracha, algodão, lã, couro e seda,
proteínas, enzimas, celulose e amidos (ex: milho).
Sintéticos: maioria dos plásticos, borrachas e fibras
• Maior evidência após a 2ª Guerra Mundial;
• Substitui a maioria das peças metálicas e de madeira sem 
grandes perdas de propriedades;
• Redução considerável de custos. 
Típos de polímeros: Típos de polímeros: 
POLÍMEROS
Plásticos*
Elastómeros (borrachas)
Fibras
RevestimentosPOLÍMEROS
Adesivos
Espumas
Filmes
• Plásticos - são materiais poliméricos com alguma rigidez estrutural sob 
carga e são empregados em aplicações de uso geral.
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOSMOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
• A maioria dos polímeros é de origem orgânica;
• Materiais orgânicos são hidrocarbonetos;
• As ligações intramoleculares são covalentes;
• Cada átomo de C pode realizar 4 ligações covalentes;
Compostos de H e C
• Cada átomo de C pode realizar 4 ligações covalentes;
• Hidrocarboneto saturado - cada carbono esta ligado a 4 outros átomos 
• Cada átomo de H pode realizar apenas 1 ligação covalente.
• As ligações entre C podem ser simples, duplas ou tripas:
Metano (CH4) Etileno (C2H4) Acetileno (C2H2)
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOSMOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
• As moléculas que possuem ligações duplas e triplas
INSATURADAS
• As moléculas que possuem todas as ligações simples
SATURADAS
Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos 
simples pertencem a 
família das parafinas
Compostos com 
fórmula molecular 
(CnH2n+2)
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOSMOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
• ISOMERISMO: hidrocarbonetos com mesma composição
química mas arranjos atômicos diferentes.
Butano (C4H10)
Algumas das 
propriedades físicas 
dos hidrocarbonetos 
Isobutano (C4H10)
dos hidrocarbonetos 
irão depender do seu 
estado de isomerização
Temperatura de ebulição:
• Butano ( - 0,5ºC)
• Isobutano (- 12,3ºC)
MOLÉCULAS POLIMÉRICASMOLÉCULAS POLIMÉRICAS
• São gigantescas em comparação com os hidrocarbonetos;
• Por causa do tamanho são chamadas de MACROMOLÉCULAS;
• Os átomos da molécula estão ligados entre si por ligações
covalentes;
• Essas longas moléculas são compostas por unidades estruturais
que se repetem ao longo de toda a cadeia MEROS;
• MONÔMERO é a molécula (hidrocarboneto) a partir da
qual o polímero é sintetizado.
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICASQUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICAS
• Se todas as unidades de repetição ao longo da cadeia forem do mesmo tipo o 
polímero resultante é um HOMOPOLÍMERO;
• Caso as cadeias sejam compostas por duas ou mais unidades de repetição 
diferentes teremos um COPOLÍMERO;
• FUNCIONALIDADE
É o número de ligações 
que um dado monômero 
pode formar
Monômero bifuncional duas ligações covalentes
Monômero trifuncional três ligações covalentes
origina um polímero
em rede
origina um polímero
linear
Química de Polímeros
• Reações de polimerização
– Conhecimento de química, especialmente de química 
orgânica,
– Noções de ligação química, em particular de ligação 
covalente,
– Conhecimento de radicais livres,– Conhecimento de radicais livres,
– Nomenclatura dos compostos orgânicos, de grupos 
funcionais (grupo metila, felina, alcool, éster, amida… etc)
� A maior parte dos termoplásticos é sintetizada pelo processo 
de polimerização em cadeia. Neste processo uma grande 
quantidade de moléculas pequenas se ligam covalentemente 
formando cadeias moleculares muito longas – POLÍMERO !
Há uma 
variedade de 
grupos orgânicos 
envolvidos nas 
estruturas 
poliméricas
GRUPOS ORGÂNICOSGRUPOS ORGÂNICOS
R e R’
representam 
grupos orgânicos 
tais como:
CH3 (metil)
C2H5 (etil)
C6H5 (fenil)
Química de Polímeros
Reação de polimerização – Síntese do polímero
Monómero é a mais pequena molécula, a partir da qual o 
polímero é sintetizado.
Mero - unidade de repetição (isto é, que se repete) na 
cadeia de um polímero. cadeia de um polímero. 
Monómero de etileno
Mero de etileno
Química de Polímeros
� Polimerização via Radical Livre ou Adição ou em Cadeia
Iniciação
Radical livre Monômero de
etileno
• Iniciador “radical livre”: exemplo - Peróxido de benzoíla
C
H
H
O O C
H
H
C
H
H
O2 R= 2
Propagação
Química de Polímeros - Polietileno
Molécula em zig-zag
O ângulo entre os 
átomos de C é de 
109º e não 180º
Química de Polímeros
� Polimerização por condensação ou em etapas
- Consiste na formação de polímeros por reações químicas intermoleculares 
que ocorrem em etapas, e que podem envolver mais que uma espécie de 
monômero.
- Existe normalmente um subproduto com baixa massa molar (ex: água, 
amônia) que é eliminado.
poliamida ou nylon 6.6
1,4- diaminobenzeno ácido tereftálico
Ligação amida
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICASQUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICAS
Monômero tetrafluoretileno (CF2=CF2)
POLITETRAFLUORETILENO
TEFLON™
Monômero cloreto de vinila (CH2=CHCl)
POLICLORETO DE VINILA
PVC
FORMA GENÉRICA
das OLEFINAS
R representa um átomo (H, Cl, F, etc.) ou
um grupo orgânico (CH3, C2H5, C6H5, ....)
P.Ex: Se R for o CH3 o polímero é o
polipropileno PP
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICASQUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICAS
POLITETRAFLUORETILENO
POLICLORETO DE VINILA
POLIPROPILENO
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICASQUÍMICA DAS MOLÉCULAS POLIMÉRICAS
Grupo ácido
Grupo metil
Grupo alcool
• Mi: Massa de um mol de cadeias
• Durante o processo de polimerização, nem todas as cadeias crescem
Baixa Mi Alta Mi
PESO MOLECULAR (MASSA MOLECULAR)PESO MOLECULAR (MASSA MOLECULAR)
• Durante o processo de polimerização, nem todas as cadeias crescem
até um mesmo comprimento; isto resulta em uma distribuição
diferente de comprimentos de cadeias ou de pesos moleculares.
• Ordinariamente, especifica-se um peso molecular médio:
Mi � peso molecularmédio (massa molar média) para uma
determinada faixa de tamanhos
iin MxM Σ= 
Mi
Mi
PESO MOLECULAR (MASSA MOLECULAR)PESO MOLECULAR (MASSA MOLECULAR)
Massa molecular 
numérica média
iip MwM Σ=
Massa molecular 
ponderal média Mi � peso 
molecular médio para 
uma determinada faixa 
de tamanhos
Xi - fração do número 
total de cadeias nessa 
faixa de tamanhos 
� Existem várias maneiras pelas quais a massa molar média pode ser definida:
xi wi
faixa de tamanhos 
Mn é obtida dividindo-se o numero 
de cadeias em diversas faixas de 
tamanhos.
Mp baseia-se na fração do peso 
das cadeias das várias faixas de 
tamanhos.
� Uma forma alternativa de expressar o tamanho médio da 
cadeia de um polímero é através do seu grau de polimerização 
� n = número de meros por cadeia
C C C C C C C CH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C C C C
H
H
H
H
H
H
H
H
H( ) ni = 6 meros
GRAU DE POLIMERIZAÇÃO (GRAU DE POLIMERIZAÇÃO (GPGP))
� O GP dá uma ideia do tamanho médio, ou seja, do 
comprimento médio das cadeias poliméricas
� O GP representa o número médio de unidades repetidas 
(meros) em uma cadeia polimérica.
 
mero do médiomolecular peso onde
 
=
==== ∑∑
m
m
M
nwGP
m
M
nxGP piip
n
iin
Massa molecular 
numérica média Massa molecular ponderal média
∑= iin MxM
CÁLCULO DOS PESOS MOLECULARES MÉDIOS CÁLCULO DOS PESOS MOLECULARES MÉDIOS 
E DO GRAU DE POLIMERIZAÇÃOE DO GRAU DE POLIMERIZAÇÃO
Exemplo: considere que a distribuição de pesos moleculares abaixo é 
para o PVC e calcule:
a) O peso molecular médio numérico
b) O grau de polimerização
c) O peso molecular médio ponderal 
∑= iip MwM
∑ ii
m
MnGP =
a)O peso molecular médio numérico
CONSTRUIR A SEGUINTE TABELA:
Faixa de pesos 
moleculares
(g/mol)
Média 
Mi
(g/mol) xi
xiMi
(g/mol)
5.000 – 10.000 7.500 0,05 3755.000 – 10.000 7.500 0,05 375
10.000 – 15.000 12.500 0,16 2.000
15.000 – 20.000 17.500 0,22 3.850
20.000 – 25.000 22.500 0,27 6.075
25.000 – 30.000 27.500 0,20 5500
30.000 – 35.000 32.500 0,08 2600
35.000 – 40.000 37.500 0,02 750
Mn = Σ xi* Mi = 21.150 g/mol
100 21.150 g/mol
iin MxM Σ= 
peso molecular médio 
numérico
Mi � peso 
molecular médio 
para uma 
determinada faixa 
de tamanhos
b) O grau de polimerização
DETERMINAR A MASSA MOLECULAR DO MERO
Neste caso o PVC:
m = 2 x C = 2 x 12,01 = 24,02
3 x H = 3 x 1,01 = 3,03
1 x Cl = 1 x 35,45 = 35,45
62,50 g/mol62,50 g/mol
GP = Mn/m = 21.150/62,50 = 338
Repetições do mero em cada
cadeia do PVC !!! 
c) O peso molecular médio ponderal
CONSTRUIR A SEGUINTE TABELA:
Faixa de pesos 
moleculares
(g/mol)
Média 
Mi
(g/mol) wi
wiMi
(g/mol)
5.000 – 10.000 7.500 0,02 1505.000 – 10.000 7.500 0,02 150
10.000 – 15.000 12.500 0,10 1.250
15.000 – 20.000 17.500 0,18 3.150
20.000 – 25.000 22.500 0,29 6.525
25.000 – 30.000 27.500 0,26 7.150
30.000 – 35.000 32.500 0,13 4.225
35.000 – 40.000 37.500 0,02 750
Mn = ΣwiMi = 23.200 g/mol
100 23.200 g/mol
∑= iip MwM
• Conformação – A orientação molecular pode ser mudada 
pela rotação em torno das ligações simples.
• Uma única cadeia polimérica pode conter grande número de 
quantidade de dobras, torções e contorções
FORMA MOLECULARFORMA MOLECULAR
“r = distância do inicio ao fim da 
cadeia”
ESTRUTURA MOLECULARESTRUTURA MOLECULAR
Polímeros linear
Polímeros 
ramificados
Polímero com ligações cruzadas Polímeros em rede
• Em geral, os polímeros não têm um único tipo específico de estrutura !!!
• Um polímero predominantemente linear pode ter uma certa quantidade de 
ramificações e de ligações cruzadas
ESTRUTURA MOLECULARESTRUTURA MOLECULAR
• Efeito da ramificação na densidade do polímero
• Disposição ou arranjo dos grupos laterais: R � grupo 
lateral diferente do hidrogênio (ex.: Cl, F, CH3 ,anel 
benzénico )
� Cabeça-à-cauda (head-to-tail)
CONFIGURAÇÕES MOLECULARES
� Cabeça-à-cauda (head-to-tail)
Cabeça-à-cabeça (head-to-
head) �
“Menos comum devido a 
repulsão entre os grupos R”
• Estereoisomerismo ou Taticidade � regularidade das cadeias
IIsotático – todos os grupos R estão no 
mesmo lado da cadeia
Sindiotático – os grupos R alternam de 
ESTERIOISOMERISMO
Sindiotático – os grupos R alternam de 
cada lado da cadeia de um forma regular
Atático – os grupos R estão distribuídos 
de forma randômica “aleatória” na cadeia
• Na realidade, um polímero específico não exibe apenas uma dessas configurações;
• A forma predominante depende do método de síntese
C C
HCH3
CH2 CH2
C C
CH3
CH2
CH2
H
cis trans
ISOMERISMO GEOMÉTRICO
cis-poli-isopreno 
(borracha natural - hevea)
O grupo CH3 e o H estão do 
mesmo lado da ligação dupla 
- Macia, flexível (pneus)
trans-poli-isopreno 
(guta percha)
O grupo CH3 e o H estão em lados 
opostos da ligação dupla
- Resistente e dura (rev. bola golfe)
� Resultado da diferença configuracional propriedades diferentes !!!
RESUMINDO:
� As macromoléculas poliméricas podem ser caracterizadas
em termos dos seus tamanhos, formas e estruturas:
� O tamanho molecular é especificado em termos da massa
molar(ou grau de polimerização).
� A forma molecular (conformação) está relacionada ao grau� A forma molecular (conformação) está relacionada ao grau
de rotação, enrolamento e dobramento da cadeia,
conduzindo a um entrelace e embaraço com as cadeias
vizinhas (relacionado com grandes deformações elásticas).
� A estrutura molecular depende da maneira na qual as
unidades estruturais estão unidas umas às outras.
� Estruturas lineares, ramificadas, com ligações
cruzadas e em rede são todas possíveis, além de
diversas configurações isoméricas (isotática, sindiotática,
atática, cis e trans).
Estrutura intermolecular dos polímeros -
Classificação: 
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS e TERMORRÍGIDOS
� A classificação desses materiais é feita com base no comportamento face
ao aumento de temperatura:
• TERMOPLÁSTICOS: amolecem quando são aquecidos, e endurecem quando
resfriados (processos reversíveis e podem ser repetidos recicláveis. Geralmente
são polímeros lineares ou aqueles que apresentam alguma ramificação flexível.
• Isto acontece porque as cadeias macromoleculares dos termoplásticos se encontram
ligadas por forças de van der Waals ou por ligações de H que se quebram por ação doligadas por forças de van der Waals ou por ligações de H que se quebram por ação do
calor, fundindo-se o material. Ao ser novamente resfriado, voltam a ser restabelecidas
as suas ligações intermoleculares, não havendo desta forma quebra das fortes ligações
covalentes (p.ex: C-C ou C-H) dos meros que formam as macromoléculas.
• TERMOFIXOS ou TERMORRÍGIDOS: são polímeros em rede, que se tornam
permanentemente duros durante a sua formação e não amolecem com um
aquecimento. Ao aquecerem sofrem um processo de cura reticulação.
� É um processo irreversível. Após aquecimento, não podem ser remodelados.
• Dois ou mais meros diferentes na
cadeia polimérica.
Aleatório – A e B aleatoriamente
distribuídos na cadeia
Alternado – A e B alternando na cadeia
polimérica
Em bloco – blocos de A alternando com
COPOLÍMEROS
Em bloco – blocos de A alternando com
blocos de B
Enxertado – cadeias de B enxertadas
na cadeia de A
Peso molecular 
do mero i
iimfm Σ=
Fração molar 
do mero i
COPOLÍMEROS
• As borrachas sintéticas são em sua maioria copolímeros;
• A borracha estireno-butadieno (SBR) é um copolímero aleatório (pneus de automóveis);
• A borracha nitrílica (NBR) é um outro copolímero aleatório (mangueiras de gasolina)
COPOLÍMEROS
Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS) 
� O estado “cristalino”pode existir nos materiais poliméricos.
� Consideramos a cristalinidade dos polímeros como a
compactação de cadeias moleculares para produzir um arranjo
atômico /molecular ordenado.
� Alguns polímeros são considerados materiais semi-cristalinos,
compostos por regiões amorfas e regiões cristalinas -
“CRISTALINIDADE” DOS POLÍMEROS
“A cristalinidade nos 
polímeros pode variar de 0 até 
aproximadamente 95 %”
Ex: Célula unitária ortorrômbica do 
polietileno.
Nota: obviamente, cadeias 
moleculares também se estendem 
além da célula unitária
� A densidade de um polímero “cristalino” será maior que a de um 
polimero amorfo do mesmo material e com a mesma massa molar. 
% Cristalinidade � % do material que é cristalino.
Região 
cristalina
O grau de cristalinidade em relação 
ao peso pode ser determinado a 
partir de medições precisas da massa 
específica, de acordo com:
CRISTALINIDADE DOS POLÍMEROS
O recozimento “tratamento térmico” 
causa o crescimento das regiões 
cristalinas: 
� Aumenta o grau de cristalinidade
Região 
amorfa
ρc� massa especifica polímero totalmente 
cristalino
ρa� massa especifica polímero totalmente 
amorfo
ρe� massa especifica da amostra que se deseja 
determinar o grau de cristalinidade 
100)(
)(% xdadecristalini
ace
aec
ρρρ
ρρρ
−
−
=
� Fatores que influenciam o grau de cristalinidade do polímeros:
� Taxa de resfriamento durante a solidificação -
Durante a cristalização no resfriamento, as cadeias que são altamente 
aleatórias e entrelaçadas no líquido viscoso, devem adquirir uma configuração 
ordenada. Para que isso ocorra, deve ser dado tempo suficiente para que as 
cadeias se movam e se alinhem umas com as outras.
�Estrutura química da molécula e configuração da cadeia -
CRISTALINIDADE DOS POLÍMEROS
�Estrutura química da molécula e configuração da cadeia -
A cristalização não é favorecida nos polímeros compostos por unidades 
repetitivas quimicamente complexas. A regularidade espacial da cadeia 
favorece cristalização (estereorregularidade).
� Quanto maior ou volumoso for o grupo lateral - menor 
tendência para cristalização 
� Maior número de ligações cruzadas - menor tendência para 
cristalizar.
• Cristalitos: pequenas regiões cristalinas, cada uma delas com
um alinhamento preciso, as quais estão emaranhadas por regiões
amorfas compostas por moléculas com orientação aleatória.
• Existem apenas se o crescimento for suficientemente lento.
“Modelo de cadeia dobrada”
CRISTAIS POLIMÉRICOS
Monocristal de Polietileno (PE)
• Muitos polímeros que são cristalizados a partir de uma massa
fundida são semicristalinos e formam uma estrutura tipo esferulita.
• O nome esferulita sugere crescimento até se alcançar uma forma
apropriadamente esférica.
• Consiste de um agregado de cristalitos com cadeias dobradas em
CRISTAIS POLIMÉRICOS
formato de fitas (lamelas), com aproximadamente 10 nm de
espessura, que se estendem radialmente para fora a partir de um
único sitio de nucleação localizado no centro.
• O PE, o PP, o PVC, o náilon (PA 6.6), o PTFE e PHB são exemplos
de polímeros que formam uma estrutura esferulítica quando se
cristalizam a partir de uma massa fundida.
Crescimento das Esferulitas
Cristalito lamelar com 
cadeias dobradas
Material amorfo
Direção do 
crescimento 
da esferulita
Crescimento radial a partir do sítio de nucleação
Molécula de ligação
Sitio de nucleação
Contorno 
interesferulitico
Esferulita
Crescimento das Esferulitas
Visualização em microscópio 
com luz polarizada
Lamela
cristalina
Região
amorfa
Polímero PHB - polihidroxibutirato (polímero biodegradável) 
COMPORTAMENTO TÉRMICOCOMPORTAMENTO TÉRMICOCOMPORTAMENTO TÉRMICOCOMPORTAMENTO TÉRMICO
COMPORTAMENTO TÉRMICO
• Termoplásticos � escoam
( rompimento e restabelecimento das ligações van de Waals)
– Amorfos
– Semicristalinos– Semicristalinos
• Termofixos� não escoam
- Sofrem um processo de reticulação (cura)
• Termoplásticos � escoam
Forças intermoleculares 
“seguram” as cadeias, 
impedindo seu deslocamento 
COMPORTAMENTO TÉRMICO
50
Forças intermoleculares 
enfraquecem quando o 
material é aquecido �
translação das moléculas 
• Termoplástico cristalino (1) *
• Termoplástico amorfo (2)
COMPORTAMENTO TÉRMICO
FUSÃO
Estrutura cristalina 
se desmancha e 
se torna amorfa
PONTO DE FUSÃO Tm 
ou Tf
* Polímero totalmente cristalino hipotético (não existe polímero 100% cristalino).
• Termoplástico cristalino* (1)
• Termoplástico amorfo (2)
TRANSIÇÃO VÍTREA
Polímero amorfo rígido
torna-se flexível e 
elástico ao ser aquecido 
acima da Tg
Material líquido 
ao ser resfriado 
COMPORTAMENTO TÉRMICO
TEMPERATURA DE 
TRANSIÇÃO VÍTREA Tg
acima da Tg
torna-se 
gradativamente 
mais viscoso, até 
passar a se 
comportar como 
uma borracha
Comportamento térmico: Tg
FLEXIBILIDADE
cadeias devem se dobrar
ELASTICIDADE
cadeias devem se desenrolar
COMPORTAMENTO MECÂNICOCOMPORTAMENTO MECÂNICOCOMPORTAMENTO MECÂNICOCOMPORTAMENTO MECÂNICO
Comportamento Mecânico
- As características mecânicas dos polímeros, em 
sua maioria são altamente sensíveis a sua 
natureza química (massa molar média), taxa de 
deformação, temperatura e ambiente (presença de 
água, solventes orgânicos…)
Direção do aumento da resistência mecânica 
Ramificada Ligações Cruzadas RedeLinear
Ligações
secundárias
Comportamento Mecânico Polímeros
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
) Frágil
Tensão x Deformação
Limite de resistência
à tração
Deformação 
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Plástico
Elastômero
Propriedades Mecânicas Polímeros
Tensão x Deformação
Limite de resistência à tração
Deformação
T
e
n
s
ã
o
Limite de escoamento
Comportamento Mecânico Polímeros
Polímero 
Limite de resistência
à tração
(MPa) 
Limite de 
escoamento
(MPa)
Alongamento na 
fratura
(%)
Polietileno (baixa 
densidade) 8,3 - 31,4 9,0 – 14,5 100 -650densidade)
Polietileno (alta 
densidade) 22,1 – 31,0 26,2 – 33,1 10 – 1200
PMMA 48,3 – 72,4 53,8 – 73,1 2,0 – 5,5
Náilon 75,9 – 94,5 44,8 – 82,8 15 – 300
PVC 40,7 – 51,7 40,7 – 44,8 40 – 80
PTFE 20,7 – 34,5 - 200 – 400
Metais ex: aço 4100 600 100
Comportamento Mecânico Polímeros
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
) PMMA
� Efeito da temperatura nas propriedades dos polímeros
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Deformação
↑temperatura ↓ resistência
↑temperatura ↑ alongamento
Comportamento Mecânico Polímeros
ruptura frágil
ruptura plástica 
x
estrutura fibrilar
próximo à ruptura
próximo à ruptura
x
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
� Deformação em polímeros plásticos e frágeis
x
deslizamento das
regiões cristalinas
alinhamento das
regiões cristalinas
polímeros
semicristalinos alongamento
das regiões
amorfas
Carga/descarga
Estrutura inicial
estrutura
em rede
estrutura
linear
T
e
n
s
ã
o
 
(
M
P
a
)
Deformação
Comportamento Mecânico Polímeros
� Deformação em polímeros plásticos e frágeis
Comportamento Mecânico Polímeros
� Deformação em elastômeros
Ligações
cruzadas
Tensão Tensão Tensão Tensão 
O aumento da entropia faz o polímero retornar à
sua forma original quando a tensão é retirada!
PROCESSAMENTO POLÍMEROSPROCESSAMENTO POLÍMEROSPROCESSAMENTO POLÍMEROSPROCESSAMENTO POLÍMEROS
Técnicas de conformação
A técnica usada para o processamento de um 
polímero depende basicamente: 
1. do material ser termoplástico ou termofixo, 
2. da temperatura na qual ele amolece (no caso de 2. da temperatura na qual ele amolece (nocaso de 
material termoplástico), 
3. da estabilidade química (resistência à degradação 
oxidativa e à diminuição da massa molar das 
moléculas) do material a ser processado,
4. da geometria e do tamanho do produto final.
Técnicas de conformação
-Os materiais poliméricos normalmente são 
processados em temperaturas elevadas (> 100 ºC) 
e geralmente com a aplicação de pressão. 
-Os termoplásticos amorfos são processados 
acima da temperatura de transição vítrea e os acima da temperatura de transição vítrea e os 
semicristalinos acima da temperatura de fusão. 
Em ambos os casos a aplicação de pressão deve 
ser mantida durante o resfriamento da peça para 
que a mesma retenha sua forma. 
- Os termoplásticos podem ser reciclados. 
Processamento de Termoplásticos
1) Extrusão (extrusão-sopro; produção de filmes;
co-extrusão)
2) Injeção (injeção-sopro; co-injeção)
3) Termoformação3) Termoformação
4) Rotomoldagem
5) Fiação (via seca, úmida ou por fusão)
6) Compressão
Processamento de Termofixos
Geralmente é feito em duas etapas: 
1. Preparação de composição reativa contendo 
polímero de baixo peso molecular - algumas 
vezes chamado “pré- polímero”. vezes chamado “pré- polímero”. 
2. Processamento e cura (reticulação, 
vulcanização) do “pré-polímero” para obter 
uma peça dura e rígida, geralmente em um 
molde que tem a forma da peça acabada.
Processamento de Termofixos
� Moldagem por Compressão
� Moldagem por Transferência
� Moldagem por Injeção
Extrusão
• Processo contínuo
• As matérias-primas (pellets ou pó) são 
transportadas, passam de um estado sólido a um 
estado fundido e são forçadas a passar por uma 
matriz (fieira) que molda a forma do produto final.matriz (fieira) que molda a forma do produto final.
• Produção de perfis ( tubos, chapas, lâminas, filmes, 
calhas etc) e revestimento de fios.
• A extrusão-sopro é um processo especial que utiliza 
a extrusão para formar o “parison” que em seguida 
é soprado.
Extrusão
Processo:
Processo contínuo
Extrusão
Extrusoras: monorosca ou rosca dupla
Extrusão
Extrusora de filmes planos
Extrusão de filmes
Extrusão
Extrusora de filmes planos: processo tubular
Injeção
� Processo descontínuo que possui um ciclo de injeção.
� Plastificação do material, transporte e injeção em um molde.
� Resfriamento dentro do molde (termorrígidos são curados no molde)Resfriamento dentro do molde (termorrígidos são curados no molde)
� Abertura do molde e extração da peça.
� Processo capaz de produzir peças complexas em grandes
quantidades e de modo preciso.
� Peças moldadas por injeção: Interior dos automóveis, gabinetes
eletrônicos, aparelhos domésticos, equipamentos médicos, CDs
pallets, brinquedos, cestos e baldes, xícaras promocionais, tampas em
geral e tampas para garrafas de leite... etc
Injeção
Processo:
Injeção
Injetoras:
• Sistema de plastificação e injeção.
• Sistema de movimentação e refrigeração do molde.
Partes funcionais da injetora:
Injeção
Parafuso da injetora:
Injeção
Moldes para injetoras:
Termoformação
� Matéria-Prima:
• Chapa plástica (ou bobina plástica):
– Material termoplástico (ABS, HIPS, PS, PP,– Material termoplástico (ABS, HIPS, PS, PP,
PE) sólido de até 12 mm de espessura
(conforme a capacidade de aquecimento e
vácuo do equipamento).
Termoformação
• Entrada do material na máquina.
• Aquecimento por radiação até amolecimento.
• – A bomba de vácuo (ou ar comprimido) é 
Processo:
acionada e a sucção causada pelo vácuo 
através do molde (com furos) força o material a 
tomar a forma do molde.
• Resfriamento até alcançar rigidez suficiente.
• Desmoldagem
• Corte de rebarbas
Termoformação
Moldagem a vácuo: com molde fêmea e macho:
Termoformação
Produtos termoformados:
Rotomoldagem
Características:
� Fabricação de produtos quase isentos de tensão.
� Peças sem linhas de costura.
� Acabamento atrativo para produtos de grande porte.
� Alto grau de liberdade durante a construção do molde.
� Facilidade de modificação do molde ou da espessura 
da peça.
� Pequena geração de rebarbas.
� Facilidade de mudança de material e cores; 
possibilidade de moldar peças de cores distintas no 
mesmo ciclo.
Rotomoldagem
Processo:
Rotomoldagem
Produtos rotomoldados:
Fiação
Características:
• Polimeros na forma de fibras são capazes
de serem estirados numa proporção
comprimento-diâmetro 100:1
• Comercialmente sua maior aplicação é na
indústria têxtil
• Em uso são exigidas mecânicamente por
tração, torção, cisalhamento e abrasão
• Polímeros são sempre termoplásticos,
capazes de atingir alto grau de cristalização.
Fiação
Processo:
Fiação
Produtos:
Moldação por sopro
Processo:
Moldação por sopro
Processo:
Moldagem por Transferência
Processo:
Moldagem por Compressão
Processo:
APLICAÇÕES COMUNSAPLICAÇÕES COMUNSAPLICAÇÕES COMUNSAPLICAÇÕES COMUNS
Consumo
Consumo por segmento
Polietileno - PE
Tipos de Polietileno 
Linear de baixa densidade (PELBD)
Alta densidade (PEAD)
Baixa densidade (PEBD)
Alta densidade (PEAD)
PE de ultra alto peso molecular 
(UHMWPE) 
Polietileno - PE
CARACTERÍSTICAS:
Baixo custo
Boa tenacidade à TA e baixas temperaturas 
Resistência mecânica suficiente para muitas aplicações
Boa flexibilidade numa vasta gama de temperaturas, mesmo até -73ºC
Excelente resistência à corrosão
Ótimas propriedades de isolamentoÓtimas propriedades de isolamento
Ausência de cheiro e sabor
Baixa transmissão de vapor de água
APLICAÇÕES:
Recipientes, isolamentos elétricos, tubagens químicas, utensílios 
domésticos, garrafas moldadas por sopro.
Filmes de PE são utilizados em embalagens e transporte de materiais
Reservatórios de água (até 1500 litros)… etc
Policloreto de vinila - PVC
Monômero cloreto de vinila (CH2=CHCl)
POLICLORETO DE VINILA
PVC
Tipos de PVC 
PVC rígido
PVC plastificado
Copolímeros de PVC
- Acetato de vinilo
Policloreto de vinila- PVC
CARACTERÍSTICAS:
Essencialmente amorfo, devido aos átomos de cloro
O homopolímero tem resistência relativamente alta (52 a 62MPa)
Fragilidade - baixa resistência ao impacto
Boas propriedades elétricas (resistência dielétrica de 17 a 51kV/mm) 
Excelente resistência aos solventes
O elevado teor em cloro do PVC é responsável pela resistência química O elevado teor em cloro do PVC é responsável pela resistência química 
e à chama (retardador de chama)
APLICAÇÕES:
O PVC rígido é utilizado em tubagens e ramais para águas, molduras de 
janelas, tubos elétricos.
O PVC plastificado é utilizado em têxteis, estofos (napa) de automóveis, 
vestuário protetor de chuva, sapatos (galocha), malas, cortinas de 
chuveiro, tapetes, pavimentos, revestimento interior de tetos de 
automóveis, mangueiras de jardim, isolamento de fios elétricos
Polipropileno - PP
CH3
• A substituição de cada um de dois átomos de carbono da cadeia
principal por um grupo metil (CH3 ) restringe a rotação das cadeias,
originando um material mais resistente mecanicamente, mas
menos flexível. Os grupos metil das cadeias também provocam um
aumento da Tg e da Tm.
• No entanto, o PP é semi-cristalino porque as cadeias se enrolam
em hélice, o que facilita a ordenação cristalina.
Polipropileno - PP
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade (0,9 g/cm3), monómero de baixo custo
Polímero semicristalino (cadeias enrolam em hélice)
Ponto de fusão, cerca de 170ºC, tornando o PP bastante rígido à TA.
Pode ser submetido a temperaturas de 120º sem se deformar
Boa dureza superficial e estabilidade dimensional
Boas resistência química, à umidade e ao calor
Excelente resistência à flexão e fluência
APLICAÇÕES:
O PP pode ser utilizado em produtos esterilizáveisem água a ferver,
componentes de eletrodomésticos, embalagens, utensílios de
laboratório, tanques de máquinas de lavar-roupa, painéis de
instrumentos de automóveis, para-choque de carros utilitários, interior de
carpetes na forma de tecido, sacolas de transporte de muitos produtos
industriais, cadeiras, articulações integrais altamente resistentes à
fadiga, parafusos de aperto, tubagens de água quente e fria.
Poliestireno - PS
• A presença do anel benzénico (grupo lateral) ligado a átomos de
carbono da cadeia principal do PS origina uma configuração rígida.
• O grupo lateral, de grande peso molecular, dificulta a ordenação
das cadeias e torna o material essencialmente amorfo.
• O homopolímero caracteriza-se pela rigidez, claridade cintilante e
facilidade de processamento mas tendência a ser frágil.
Poliestireno - PS
PS resistente ao impacto (HIPS)
Homopolímero - PS
Espumas de PS (isopor)Tipos de PS 
Copolímeros de estireno
- SAN (estireno-acrilonitrilo)
- ABS (acrilonitrilo butadieno estireno)
- SBR (estireno-butadieno)
Espumas de PS (isopor)
Poliestireno - PS
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,05 g/cm3 para o homopolímero, 0,16 para a espuma
PS homopolímero - muito rígido E= 3,5 GPa - FRÁGIL - Estilhaça!!! 
Transparente (amorfo) - possui uma claridade cintilante
Facilmente atacado por hidrocarbonetos, ex: benzeno, tolueno.
Em contato com alcoóis, ácidos e óleos, o PS tende a causar fissuração
Boas propriedades de isolamento elétrico
Facilidade de processamento, baixo custo
APLICAÇÕES:
O PS homopolímero é utilizado principalmente em embalagens e
produtos em que a sua fragilidade não constitua perigo para os
utilizadores, e em que haja interesse em explorar a transparência
característica do material (copos e talheres descartáveis, canetas BIC ® )
Como HIPS é utilizados em embalagens (ex: copos de iogurte), interiores
de geladeiras, artigos de esporte.
Espumas de PS são utilizadas como isolamento térmico, embalagens.
Politetrafluoroetileno - PTFE
• O PTFE é um polímero completamente fluoretado, que se obtém
por polimerização em cadeia de radicais livres de tetrafluoretileno.
• O PTFE é um polímero cristalino com ponto de fusão de 327ºC.
Do pequeno tamanho do átomo do flúor e da regularidade da
cadeia polimérica de carbono fluoretado, resulta um material
polimérico cristalino muito denso (para um material plástico).
Politetrafluoroetileno - PTFE
CARACTERÍSTICAS:
Alta densidade para um polímero: 2,13 - 2,20 g/cm3
Semicristalino (grau de cristalinidade 95%): ponto de fusão de 327ºC. 
Excelente resistência aos reagentes químicos,
Propriedades mecânicas razoáveis desde temperaturas criogénicas 
(-200ºC) até cerca de 260ºC.
Resistência ao impacto elevada mas resistência à tração, ao desgaste e 
fluência são baixas comparativamente com outros polímeros estruturais 
Boas propriedades de isolamento elétrico
Difícil processamento (viscosidade elevada), 
O PTFE é escorregadio, ceroso e baixo coeficiente. de atrito ( µ= 0.02)
APLICAÇÕES:
O PTFE é usado em tubagens e peças de bombas resistentes
quimicamente, peças de laboratório, isolamento de cabos de alta
temperatura, componentes elétricos, fitas e revestimentos não aderentes,
fitas de vedação e isolamento, chumaceiras autolubrificantes, o’rings...
Polimetacrilato de metila - PMMA
•O PMMA também conhecido por acrílico é um polímero amorfo e
perfeitamente transparente que não absorve luz visivel.
• A ligação à cadeia principal dos grupos metil e metacrilato, átomos
de carbono sim, átomos de carbono não, origina bloqueios
espaciais consideráveis, tornando o PMMA rígido e relativamente
resistente.
• A sua Tg (temperatura de transição vítrea) varia entre 105 e 120ºC
.
Polimetacrilato de metila - PMMA
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,17 - 1,20 g/cm3
Polímero amorfo - transparente. 
Boa resistência às condições ambientais
Altamente resistente à radiação UV, não descolorando nem degradando
Rígido, resistente e não estilhaça como o PS.
Mais resistente ao impacto do que o vidro comum.
Bastante duro, boa resistência ao riscamento 
APLICAÇÕES:
As aplicações do PMMA relacionam-se com a transparência, resistência
ao ambiente, boa aparência e durabilidade.
O PMMA é utilizado em janelas de avião e barcos, claraboias, acessórios
de iluminação exterior, painéis para publicidade. Lentes e luzes traseiras
de automóveis (resistem ao ambiente, óleos e gasolina), óculos de
proteção, lentes comuns, puxadores e maçanetas, tijolos decorativos
transparentes, banheiras e lavatórios, placas decorativas e fibras óticas.
Poliamida - PA
- (CH2)4
grupo 
amida
• As PA’s ou nylons são termoplásticos processados por fusão, cuja
cadeia principal incorpora um grupo de repetição amida
• Alguns tipos de nylons são produzidos por polimerização por
condensação de um diácido orgânico com uma diamida. Outros nylons
são produzidos por polimerização em cadeia de compostos em anel
•A designação de nylon 6,6 significa que existem 6 atómos de carbono
na diamina e também 6 átomos de carbono no ácido orgânico. Existem
outros tipos de nylons 6,9 ; 6,10 ; 6,12.
Poliamidas - PA
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,13 - 1,25 g/cm3 - ex: PA 6,6
Semicristalino - estrutura regular e simétrica das cadeias poliméricas 
Ponto de fusão: 250 - 260ºC
Boa capacidade de suportar cargas a elevadas temperaturas
Boa tenacidade, baixo coeficiente de atrito e boa resistência química
Fortemente higroscópicos - afeta a rigidez e a estabilidade dimensional
Boa capacidade de isolamento elétrico (tomadas e isolamento de cabos)
APLICAÇÕES:
As aplicações das PA relacionam-se com o reduzido coeficiente de atrito
e resistência ao desgaste: ex: engrenagens, dentes de zipper.
Como resistência térmica, as PA aplicam-se a radiadores de automóveis.
Como resistência mecânica e estabilidade dimensional das variedades
reforçadas: carcaças de ferramentas elétricas (Black and Decker),
ventiladores de automóveis, componentes de material de esporte
Na indústria têxtil: fibras para tecidos (fibras tratadas - não higroscópicas)
Policarbonato - PC
• O PC possui dois grupos fenil e dois grupos metil, ligados ao
mesmo átomo de carbono na unidade estrtural de repetição,
causando considerável bloqueio espacial e tornando a estrutura
molecular muito rígida. No entanto, as ligaçõe simples carbono-
oxigênio na ligação carbonato dão alguma flexibilidade à estrutura
molecular, o que se reflete em uma elevada energia de impacto.
Policarbonato - PC
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,20 - 1,22 g/cm3
Completamente amorfo - transparente
Elevada resistência ao impacto, rigidez e resistência à flexão
Bom isolante mesmo ao longo de uma faixa temperaturas: -50ºC a 135ºC 
Só arde na presença de chama - auto extinguível
Elevada estabilidade dimensional, componentes com tolerâncias apertadas
Resistente a uma grande variedade de produtos químicos
APLICAÇÕES:
As aplicações do PC relacionam-se com a resistência ao impacto, ao
calor e frio, transparência e propriedades elétricas.
Proteção e segurança (escudos antivandalismo), globos de iluminação
pública, capacetes, interiores de aviões e barcos, hélices para barcos,
carcaças de snowmobile, mamadeiras, coberturas de relés,
Pela transparência: lentes e óculos, e substituição de vidros em janelas e
coletores solares.
Politereftalato de etileno - PET
grupo 
• No PET os aneis fenil, juntamente com os grupos carbonilos
(-C-O-), constituem unidades planas de grandes dimensões
nas cadeias poliméricas. Esta estrutura regular cristaliza
muito rapidamente apesar do seu tamanho.
• A estrutura do anel fenil confere rigidez a este material
enquanto as unidades de etileno conferem alguma mobilidade
molecular durante o processamento por fusão.
grupo 
éster
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,30 - 1,40 g/cm3
Semicristalino
Granderesistência ao mergulhamento e à absorção de umidade
Boa resistência mecânica ( resistência à tração: 50MPa)
Boas propriedades isolantes 
Resistente à maioria dos produtos químicos
Politereftalato de etileno - PET
Excelentes propriedades barreira
APLICAÇÕES:
O PET é muito utilizado em fibras têxteis de grande resistência, carpetes
e “tecido” para pneus
Desde de 1977 que o PET é utilizado como resina-base para compósitos
de matriz polimérica.
Devido às propriedades barreira, e com a introdução de agentes
nucleadores, o PET é utilizado em embalagens de bebidas carbonatadas,
e em filmes para embalagens de alimentos.
Politeteretercetona - PEEK
• Polímero de aplicações altamente tecnológicas
•No PEEK os aneis fenil, juntamente com o grupo carbonilo (-C-O-),
constituem unidades planas de grandes dimensões nas cadeias
poliméricas . Apesar do seu tamanho, esta estrutura regular
cristaliza muito rapidamente.
• A estrutura do anel fenil confere rigidez a este material e ao
mesmo tempo absorve impactos de elevada energia.
CARACTERÍSTICAS:
Baixa densidade: 1,28 - 1,32 g/cm3
Semicristalino
Elevada resistência termo-mecânica até 250ºC
Excelente resistência química, elevada estabilidade dimensional
Boa resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito
Atóxico, biocompatível
Polieteretercetona - PEEK
Alta resistência contra os raios gama
APLICAÇÕES:
O PEEK é muito utilizado em aplicações de alto rendimento para
exigências extremamente altas. Na indústria de máquinas, motores e
automóveis, tecnologia nuclear e de vácuo, tecnologia de transporte e
movimentação de cargas, indústria têxtil, de embalagens e papel,
eletrotécnica, tecnologia de precisão,. Em próteses joelho e quadril.
Aplicações: rodas dentadas; réguas de deslize; buchas; pistões de
dosagem; soquetes e mancais de atrito; vedação de válvula
esférica; corpo de bomba; porta wafer’s, peças de plugues e próteses.
COPOLÍMEROSCOPOLÍMEROS
Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS) 
CARACTERÍSTICAS:
Boa resistência à tração
Boa resistência ao impacto e à abrasão
Excelente estabilidade dimensional 
Rígido e resistente ao calor
Resistente os agentes químicos (exceto alguns solvente orgânicos)Resistente os agentes químicos (exceto alguns solvente orgânicos)
Facilidade de processamento e coloração 
APLICAÇÕES:
O ABS é utilizado em aplicações onde se deseja grande resistência ao
impacto, como pex: aspiradores, cortadores de relva, telefones,
secadores de cabelo, carcaça (caixa exterior) de eletrodomésticos,
brinquedos (peças LEGO), artigos de esporte, carcaça de armas… etc
Também se aplicam quando se pretende componentes com tolerâncias
dimensionais apertadas, como painéis de instrumentos de automóveis
COPOLÍMEROSCOPOLÍMEROS
Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS) 
APLICAÇÕES TECNOLÓGICASAPLICAÇÕES TECNOLÓGICASAPLICAÇÕES TECNOLÓGICASAPLICAÇÕES TECNOLÓGICAS
Polietileno - UHMWPE
CARACTERÍSTICAS:
Baixo coef. de atrito (só perde para o PTFE)
Elevada resistência ao impacto e à fadiga (não trinca)
Atóxico (não produz produtos que possam provocar infeções)
Fácil de usinagem
APLICAÇÕES:
Ex: próteses (joelho, quadril)
UHMWPE
Polietileno - UHMWPE
Quadril Joelho
Polietileno - UHMWPE
Prótese maxilobucofacial
UHMWPE
RECICLAGEM DE POLÍMEROSRECICLAGEM DE POLÍMEROSRECICLAGEM DE POLÍMEROSRECICLAGEM DE POLÍMEROS
Produção vs Reciclagem
Produção vs Reciclagem
Polímeros Biodegradáveis
Polímeros Biodegradáveis
Polímeros Biodegradáveis
BIODEGRADAÇÃOBIODEGRADAÇÃO
DEGRADAÇÃODEGRADAÇÃO
ENZIMÁTICA COMBINAÇÃOHIDRÓLISE
EROSÃO VOLUME EROSÃO SUPERFICIAL
Reciclagem
Prof. Dr. Jorge Carlos Pereira
jocabuzo@gmail.com