Trabalho - Poliamida

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DE ITAÚNA 
 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
 
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
 
DISCIPLINA DE CIÊNCIAS DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
Andréia Vargas de Oliveira 
Izabela Vasconcelos Pio 
Maísa Rocha 
 
 
 
Professor Denilson José do Carmo 
CIÊNCIA E ENGENHARIA DO POLÍMERO POLIAMIDA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itaúna - MG 
2015 
 1 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 2 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 2 
2.1 Composição e processamento do material .............................................................. 5 
2.2 Estrutura do material ............................................................................................... 8 
2.3 Propriedades físicoquímicas e aplicações do material ............................................ 8 
2.4 Técnica de caracterização e controle usualmente aplicáveis ao material ............. 11 
2.5 O material e o meio ambiente ............................................................................... 13 
3 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 16 
4 REFERÊNCIAS ............................................................................................................... 17 
 
 2 
1 INTRODUÇÃO 
Os polímeros, mais conhecidos como plásticos, se tornaram mais popular devido fatores, 
como: 
 Baixo custo de produção. 
 Peso reduzido. 
 Elevada resistência mecânica. 
 Diversidades de formatos, tamanhos, cores da peça moldada. 
 
Os avanços tecnológicos facilitaram a incorporação dos polímeros na sociedade. Não é 
exagero dizer que, hoje em dia, eles são materiais tão essenciais como os metais, o papel e 
a madeira. 
Os polímeros são usados em diversos campos. Pode-se encontra-los na produção de 
embalagens, utensílios domésticos, eletrodomésticos, na construção dos meios de 
comunicação, nas mais diversas etapas de fabricação dos meios de transporte, em 
instrumentos musicais, equipamentos da medicina e até mesmo em tintas, acessórios e 
demais elementos próprios das artes plásticas. 
Tendo essa realidade, este relatório técnico tem por objetivo apresentar a Ciência e 
Engenharia de um tipo polímero, cujo esse é classificado como Poliamida. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
De acordo com Askeland et. al (2008) “Ciência e Engenharia dos Materiais é um campo 
interdisciplinar voltado à investigação de novos materiais e ao aperfeiçoamento dos ja 
conhecidos”. 
 
O desenvolvimento e o aperfeiçoamento dos materiais acontecem através das correlações 
de algunas parâmetros, conforme ilustrado na figura 1 (ASKELAND et. al, 2008). 
 
 3 
 
Figura 1 – Tetraedro da Engenharia dos Materiais. 
Fonte: adaptado: ASKELAND et. al, 2008, pág. 3. 
 
Para Callister et. al (2008), a Ciência e Engenharia dos Materiais tem por objetivo com 
bases nestas correlações apresentadas na figura 1, desenvolver materiais de alta resistência 
mecânica e boa aplicabilidade. 
 
Callister et. al. (2002) informa que quanto a classificação, os materiais podem ser 
enquadrados em diversas categorias, como por exemplo: 
 
 Classificação quanto a costituição química. 
 Classifcação com base na estrutura. 
 Classificação com base na sua aplicação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4 
De acordo com Askeland et. al. (2008), há varias formas de classificação dos materiais. 
Uma delas considera cinco categorias, conforme apresentado no Quadro I. 
 
Materiais Exemplos de Aplicações Propriedades 
Metais e Ligas 
Cobre 
Ferro fundido 
Aços 
 
Fios elétricos 
Blocos de motores 
Ferramentas 
 
Alta contuvidade elétrica 
Boa usinabilidade 
Alta resistência mecânica 
Cerâmicas e Vidros 
Sílica 
Sio2-Na2O-CaO 
Titanato de bário 
 
 
Fíbras ópticas para TI 
Vidros para janela 
Capacitores microeletrônicos 
 
 
Baixas perdas óticas 
Isolamento térmico 
Armazenamento de cargas 
Polímeros 
Polietileno 
Epóxi 
Fenólicos 
 
Embalagens para alimentos 
Circuitos integrados 
Adesivos 
 
Facilidade para ser moldado 
Isolante elétrico 
Resistência mecãnica 
Semicondutores 
Silício 
GaAs 
 
Transitores 
Sistemas optico-eletrônico 
 
Resposta elétrica específica 
Conversão de sinais elétricos 
Compósitos 
Epóxi reforçado com 
carbono 
Aço revestido com 
tinânio 
 
Componentes para aviação 
 
Vasos para reatores 
 
Elevada resistência-peso. 
 
Alta resistência. 
Quadro 1 – Aplicações, propriedades e exemplos de cada categoria dos materiais. 
Fonte: ASKELAND et. al, 2008, pág. 5. 
 
Para Callister et al. (2002) dentre as categorias apresentadas no Quadro I, destaca-se o 
Polímero. 
 
Os polímeros compreendem os materiais comuns de plásticos e borracha. Muitos deles são 
compostos orgânicos que têm sua química baseada no carbono, hidrogênio e em outros 
elementos não metálicos (CALLISTER et. al, 2002, pág. 4). 
 5 
Os polímeros são materiais orgãnicos produzidos por meio de um processo 
conhecido como polimerização. Vários polímeros apresentam elevada 
resistividade elétrica. Além disto, podem fornecer bom isolamento térmico. 
Embora tenham baixa resistância, polímeros possuem boa razao resistência-peso. 
Normalmente, não são adequados ao uso em altas temperaturas, entretanto, 
vários polímeros são bastante resistentes a produtos químicos corrosivos 
(ASKELAND et al, 2008, pág. 8). 
 
 
Apresentam-se a seguir a Ciência e Engenharia da Poliamida cuja a mesma pertence a 
família dos polímeros. 
 
 
1.1 Composição e processamento do material 
 
A poliamida, o popular nylon ou náilon, que sofreu diversas transformações desde que 
surgiu nos laboratórios em meados da década de 1930. Existem diversas especificações 
baseadas na composição polimérica do material, sendo os mais comuns o náilon 6, o 6/6 e 
o 6/12 (MARCOS HAROLDO,2012). 
 
As poliamidas não são polimerizadas a partir das mesmas substâncias porem todas elas 
possuem o grupo funcional amida (CONH). A nomenclatura mais usual as poliamidas 
apresenta números que indicam o numero de átomos de carbono presentes entre os grupos 
amida do polímero. O primeiro algarismo indica o numero de átomos de carbono presentes 
na diamina usada como monômero, enquanto que o segundo algarismo indica o numero de 
átomos de carbono de acido dicarboxílico (GOMES ARAUJO, 2002). 
 
A poliamida é formada por monômeros de amida conectados por ligações peptídicas, 
podendo conter outros agrupamentos. Uma ligação peptídica é uma ligação química que 
ocorre entre duas moléculas quando o grupo de carboxilo de uma molécula reage com o 
grupo amina de outra molécula, liberando uma molécula de água (H2O). Isto é uma reação 
de síntese por condensação que ocorre entre as moléculas de minoácidos (VICENTE, 
2009). 
 
“A primeira síntese da poliamida correu na Dupont, por um químico chamado Wallace 
Hume Carothrs, em 1935” (VICENTE, 2009, pág. 37). 
 6 
“Quanto ao processamento, da poliamida ocorre a partir de uma polimerização por 
condensação de um grupo amina e um ácido carboxílico ou cloreto de acila. A reação tem 
como subproduto água ou ácido clorídrico” (VICENTE, 2009, pág. 37). 
 
Segundo Callister et. al (2002) polimerização é segundo o qual as unidades monométricas 
se unem umas às outras para gerar cada uma das moléculas gigantes constituintes. 
 
Coelho (2008) declara que o processo de obtenção da Poliamida é feito pelapolimerização 
de algumas substâncias produzidas a partir do petróleo, como o ácido adípico, 
hexametilenoadiamina e pela transformação de nafta petroquímica. 
 
O benzeno é a matéria-prima básica da poliamida 6, que, por sua vez, é obtida pela 
polimerização de dois monômeros, hexametilenoadiamina e ácido adípico, que por reação 
de policondensação o “Sal N”, e em alguma segunda fase a poliamida 6.6 (COELHO, 
2008). 
 
“A umidade é um dos fatores que influenciam muito o processo, principalmente na 
poliamida que é um material higroscópio” (VICENTE, 2009, pág. 38). 
 
“A absorção de umidade do meio ambiente causa a expansão do polímero e redução na sua 
temperatura vítrea. Com a presença de fibras ligadas a matriz, os efeitos higrotérmicos 
podem gerar tensões internas severas, causando o empenamento e escamação da peça” 
(VICENTE, 2009, pág, 38). 
 
 
Coelho (2008) declara que a processabilidade das poliamidas requer cuidados especiais 
devido aos seguintes fatores: 
 
 Natureza higroscópica da resina; 
 Altos pontos de fusão cristalina e baixa viscosidade na temperatura de 
processamento; 
 Tendência à oxidação à temperaturas elevadas de processamento; 
 Alto grau de cristalinidade - encolhimento no resfriamento. 
 
 7 
A seguir são apresentados os métodos comerciais para a obtenção das poliamidas lineares: 
(VICENTE, 2009). 
 
 Reação de policondensação de uma diamina com um ácido dicarboxílico. 
 
 
Processo de Obtenção do PA 6.6 
 
 
 Abertura de anel de lactana e crescimento da cadeia por união dos grupos 
funcionais: 
 
Obtenção da poliamida 6 (náilon 6) 
 
 
Apresentam no Quadro 2 algumas informações de temperaturas importantes durante o 
processamento da Poliamida. (ASKELAND et. al. 2008). 
 
Tipo de 
Polímero 
Faixa de Temperatura 
de Fusão (°C) 
Faixa de Temperatura 
Vítrea (Tg) (°C) 
Faixa de Temperatura 
de Processamento (°C) 
 
Poliamida 
 
243 - 260 49 260 - 327 
Quadro 2 – Informações de temperaturas. 
Fonte: ASKELAND et. al, 2008, pág. 498. 
 
 8 
1.2 Estrutura do material 
 
“Muitos polímeros usados em aplicações especiais e em pequenas quantidades forma-se de 
monômeros complexos, geralmente polimerizados por condensação” (ASKELAND, et. al, 
2008, pág. 490). 
 
O Quadro 3 apresenta a estrutura da Poliamida. 
 
Polímero Estrutura 
 
 
 
Poliamida 
(PA) 
Náilon 
 
 
 
 
 
Quadro 3 – Estrutura da Poliamida. 
Fonte: ASKELAND et. al, 2008, pág. 491. 
 
 
 
1.3 Propriedades físicoquímicas e aplicações do material 
 
As fibras da Poliamida, devido ao processo de manufatura, apresentam elevada resistência 
e módulo de elasticidade. Desta forma, sua resistência chega a se cinco vezes maior do que 
a do aço, comportanto ainda excelente estabilidade térmica e dimensional (COELHO, 
2008). 
 
“Possui também boa resistência ao desgaste e calor. Entretanto, são mais susceptíveis à 
quadro ou dobras por esforços de compressão, devido à sua baixa resistência à 
compressão” (COELHO, 2008, pág. 16). 
 
 
 
 
 
 
 9 
A tabela 1 apresenta as espeificações técnicas da poliamida. 
Propriedades Poliamida PA6 Poliamida PA 6.6 
Peso específico (g/cm³) 1,13 1,13 
Absorção de umidade 
(24%/23C) 
1,6 2,8 
Alongamento na ruptura 
(%) 
200 60 
Módulo de elasticidade 
(MPA) 
1800 1800 
Dureza Rockwell M R100 R105 
Coeficiente de atrito 0,42 0,42 
Ponto de fusão 220 255 
Temperatura de uso 
contínuo 
Mín - -40 
Máx. 100 
Mín - -40 
Máx. 110 
Rigidez dielétrica (Kv/mm) 24 30 
Tabela 1 – Especificações técnicas. 
Fonte: Vicente, 2009, p. 42. 
 
 
Quanto as aplicações, Askeland et. al (2008) informa que a Poliamida pode ser aplicada 
para fabricações de diversos materiais, tais como: 
 
 Fibras têxteis 
 Filmes para embalagens. 
 Engrenagens 
 Etc. 
 
A poliamida também pode ser aplicada no setor eletroeletrônico e automobilístico. A 
seguir são apresentados os tipos de produtos fabricados por essas duas categorias 
(CALLIESTER et. al, 2002). 
 
A) Setor Eletroeletrônico: placas de circuitos impressos, conectores e carcaças de 
ferramentas elétricas manuais, etc. 
 
 10 
B) Setor Automobilístico: maçanetas internas e externas, espelhos retrovisores, 
calotas, condutor de combustivel junta para embreagem, etc. 
 
 
As Figuras 2 e 3 ilustram alguns tipos de materiais de Poliamida. 
 
 
Figura 2 - Carlota de veículo Figura 3 – Maçaneta do veículo 
Fonte: www.google.com.br/imagens Fonte: www.google.com.br/imagens 
 
 
 
 
Figura 4 - Condutor de Combustível Figura 5 - Condutor de Combustível 
Fonte: Dados da empresa Fonte: Dados da empresa 
 
 
A Poliamida pode ser aplicada para solicitações que requerem “boa resistência mecânica, 
resistência à abrasão e tenacidade, baixo coeficiente de atrito, boa absorção de água e 
líquidos” (CALLISTER et al, 2002, pág. 344). 
 
“Os nomes comerciais para esse material pode ser: Nylon, Durethan, Heroz, Nomex, 
Ultramid e Zytel” (CALLISTER et al, 2002, pág. 344). 
 
 11 
1.4 Técnica de caracterização e controle usualmente aplicáveis ao material 
 
Existem diversas técnicas normalizadas para caracterização das Poliamidas. No Quadro 4 
são apresentadas algumas delas. 
 
Nº Características Controladas Valores Prescritos
1 MASSA VOLUMÉTRICA 1,04 a 1,08 g/cm³
2 TRAÇÃO CARGA MÁXIMA 30 a 40 N/mm²
3 TRAÇÃO ALONGAMENTO 150 a 200 %
4 TEMPERATURA DE FUSÃO 210º a 220º C
5 RESISTÊNCIA IMPÁCTO IZOD COM ENTALHE - 23° C 80 ( 1000 ) kj / m²
6 MODULO DE ELASTICIDADE E FLEXÃO - 23°C 1350 N / mm²
7 RESISTÊNCIA A FLEXÃO - 23° C 50 N / mm²
8 ABSORÇÃO DE AGUA EM EQUILIBRIO 2,5 a 3 %
9 COEFICIENTE DE DILATAÇÃO TERMICA 100 a 130
10 DUREZA ROCKWELL SCALA L 60 ROCKWELL - L
11 RESISTENZA ALL' URTO PER CADUTA DI DARDO 16 J / mm ( Min.)
12 RESISTENZA ALLA COMBUSTIONE > 100 mm / min.
CERTIFICAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO
Quadro 4 – Tércnicas de caracterirização da Poliamida. 
Fonte: Norma do Cliente. 
 
 
Dentre as várias técnicas de caractrização, uma das mais utilizadas é a análise térmica, que 
tem com o objetivo de verificar as variações no comportamento térmico das amostras 
durante a fusão. O instrumento DSC (Differencial Scanning Calorimetry) mede, 
diretamente, as variações de energia da amostra sob taxa de temperatura com alta 
sensibilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 12 
A Figura 6 apresenta o equipamento DSC que verifica as propriedades que devem 
satisfazer o material por meio de análise térmica. 
 
Figura 6 – Equipamento DSC 
Fonte: Dados da empresa 
 
 
A seguir, a Figura 7 mostra que o material utilizado como amostra esta contaminado, existe 
a presença de dois materiais, sendo o promeiro pico (169°C – um suposto Polipropileno) e 
o segundo pico (211,6°C – a presença da Poliamida, material correto do produto). 
 
Figura 7 – Gráfico DSC 41 
Fonte: Dados da empresa 
 
 
 13 
Na Figura 8, o gráfico apresenta apenas um pico (215,2°C - Poliamida, material correto do 
produto), o que podemos concluir que amostra esta com a composição corrteta do material. 
 
 
Figura 8 – Gráfico DSC 42 
Fonte: Dados da empresa 
 
 
1.5 O material e o meio ambiente 
 
A questão ambiental tem se tornado cada dia mais importante para indústria em geral e 
passou a ser considerado como diferencial competitivo. Particularmente as indústrias de 
transformação de polímeros tiveram um destaque importante na redução dosdescartes 
proveniente do processo, bem como na utilização de material reciclado para produção de 
novos produtos. A combinação de material reciclado com o mesmo material virgem é uma 
prática comum na indústria para melhorar o aproveitamento do material descartado. 
 
Inicialmente a indústria automotiva incorporou o uso do plástico em uma grande 
diversidade, porém apenas a partir de 1980 os fabricantes começaram a investigar o uso de 
compósitos poliméricos em substituição ao aço nas partes estruturais do veículo 
(MEDINA, 2002). 
 
Um exemplo de matriz polimérica utilizada na indústria automotiva em substituição ao aço 
são as poliamidas. As poliamidas, ou nylon, são plásticos semicristalinos e pertencem a 
 14 
uma classe de polímeros atraentes para aplicações de engenharia devido à combinação de 
propriedades como: estabilidade dimensional, boa resistência ao impacto sem entalhe, 
excelente resistência química e fácil processamento (HUANG, 2008). 
 
Resíduos oriundos de processo, como refugo de início de produção, parada de máquinas e 
problemas durante a produção, tem normalmente boa qualidade, logo podem ser moídos e 
reutilizados diretamente ou misturado com resina virgem. O material reciclado com baixa 
qualidade geralmente é utilizado como matéria prima para compósitos reciclados com 
modificadores. (KOHAN, 1995). 
 
Existem dois métodos possíveis de reciclar o material descartado após o uso. O primeiro 
método seria a reciclagem mecânica, que consiste na moagem, lavagem, reprocessamento 
do material e granulação do mesmo através do processo de extrusão. Durante o processo de 
extrusão alguns aditivos podem ser utilizados para alterar e melhorar as propriedades do 
material reciclado obtido. Este método produz bons resultados porque o Nylon tem boa 
estabilidade quando processado corretamente. O outro método seria a reciclagem química, 
que consiste na quebra das longas cadeias da poliamida em pequenas moléculas que podem 
ser purificadas por processos padrões como destilação e cristalização. Este método produz 
um material reciclado com melhores propriedades do que o material reciclado 
mecanicamente (KOHAN, 1995). A Figura 9 mostra a representação gráfica das etapas do 
processo de reciclagem química da poliamida 6,6. 
 
Figura 9 – Etapas de reciclagem da poliamida 
Fonte: Dados da empresa 
 15 
A reciclagem de termoplásticos, classificação essa é enquadrada a Poliamida é uma 
questão muito importante. Como a aplicações dos polímeros são diversas, há necessidade 
de identificar os produtos para permitir a reciclagem (ASKELAND et. al, 2008). 
 
A reciclagem de termoplásticos, classificação essa é enquadrada a Poliamida, é 
relativamente mais fácil e muito praticada. Muitos produtos poliméricos têm números 
estampados para facilitar a identificação para reciclagem. Para produtos PET, o número 
atribuído é 1 e usa-se a sigla PETE para evitar o emprego da marca registrada PET. Para os 
polímeros PEAD, vinil PEAD (símbolo de reciclagem V), PEBD, PP e PS os números são 
2, 3, 4, 5 e 6, respectivamente. Outros polímeros são atribuídos o número 7. (ASKELAND 
et. al, 2008). 
 
 
 
 
 
 
 16 
3 CONCLUSÃO 
Baseando nas referências de diversos autores, conclui-se que a poliamida é um material 
pertencente à família dos polímeros termoplásticos. 
Quanto a sua aplicabilidade, devido apresentar boa caracetrísticas fisico-químicas, a 
poliamida pode ser utilizada em diversos segmentos, a destacar no automobilístico. Este 
tipo de material, ao longo dos últimos anos, vem substituindo a grande maioria dos 
componentes metálicos dos veículos. Quanto a essa substituição, o objetivo principal se dá 
pela diminuição do peso do automóvel, consequentemente provocando uma menor taxa de 
emissão de gases na atmofera. 
 
 
 
 17 
4 REFERÊNCIAS 
ASKELAND, Donald R.; PHULÉ, Pradeep P. Ciência e Engenharia dos Materiais. 
Editora: Cengage. 2008. São Paulo. 
 
CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de materiais: Uma introdução. Editora: 
LTC. 2002. Rio de Janeiro. 
 
COELHO, Edmar Fernando Freitas. Estudo do comportamento Mecânico de Rejeitos de 
Minério de Ferro Reforçados com Fibras Sintéticas. Dissertação de mestrado: Programa 
de Pós-Graduação em Geotecnia. Universidade Federal de Ouro Preto. 2008. Acesso: 
23/10/2013. Disponível em: http://www.nugeo.ufop.br/joomla 
 
VICENTE, Aparecido José. Materiais Plásticos de Engenharia e suas Aplicações: 
Poliamida e Poliacetal. Faculdade de Tecnologia Centro Paula Souza. Trabalho para 
obtenção do título de Tecnólogo em Processos de Produção. 2009. São Paulo. Acesso: 
21/10/2013. Disponível em: http://www.centropaulasouza.sp.gov.br/ 
 
 
.