Comportamento mec nico[1]

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COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS POLÍMEROS
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As propriedades mecânicas dos polímeros são caracterizadas pelo modo com que esses materiais respondem às solicitações mecânicas aplicadas, podendo estas últimas serem do tipo tensões ou deformações.
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POR QUÊ ESTUDAR?
A determinação e/ou conhecimento das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e fabricação do componente.
As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável.
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PRINCIPAIS PROPRIEDADES MECÂNICAS PARA POLÍMEROS
A caracterização do comportamento mecânico pode ser feita atingindo-se ou não a ruptura do material. Os principais parâmetros mecânicos a serem estudos nos polímeros são:
 Módulo de elasticidade;
 Limite de resistência à tração;
 Resistência ao impacto;
 Resistência a fadiga.
Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las
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COMO DETERMINAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS?
A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios mecânicos.
Utiliza-se normalmente corpos de prova (amostra representativa do material) para o ensaio mecânico, já que por razões técnicas e econômicas não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal.
PARA POLÍMEROS PODEM EXISTEM MODIFICAÇÕES DOS PARÂMETROS DO ENSAIO BEM COMO DOS CORPOS DE ENSAIO.
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 Geralmente, usa-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis.
ASTM (American Society for Testing and Materials)
ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
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ENSAIO SIMPLES DE TRAÇÃO É UTILIZADO PARA DETERMINAÇÃO DESTES PARÂMETROS
Quando o comportamento físico mecânico de um polímero é analisado, alguns fatores devem ser levados em conta, sendo principalmente a massa molecular, temperaturas características e a temperatura na qual a medida esta sendo feita. 
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Frágil: a fratura ocorre quando o material se deforma apenas elasticamente;
Plástica: semelhante aos materiais metálicos;
Totalmente elástica: alta deformação com baixa tensão
 Curvas típicas de tensão x deformação
São encontrados três tipos de comportamento tensão-deformação tipicamente diferentes nos materiais poliméricos.
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PROPRIEDADES DETERMINADAS POR ENSAIO DE TRAÇÃO
Módulo de elasticidade: determinação da mesma forma que nos metais.
Módulo de elasticidade ou Módulo de Young: E= / 
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PROPRIEDADES DETERMINADAS POR ENSAIO DE TRAÇÃO
Ductilidade: determinação da mesma forma que nos metais.
Corresponde à elongação (%) total do material devido à deformação plástica
%elongação= 
(lf - lo/ lo)x100
Onde lf corresponde ao comprimento final após a ruptura
Representa uma medida do grau de deformação plástica que foi suportado até a fratura
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PROPRIEDADES DETERMINADAS POR ENSAIO DE TRAÇÃO
POLÍMEROS PLÁSTICOS
 Tensão de escoamento: valor máximo na curva após o término da região elástica linear- LIMITE DE ESCOAMENTO.
Limite de resistência a tração (LRT): nível de tensão ao qual ocorre a fratura
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Curvas tensão x deformação para o acetato de celulose em várias Ts. 
Características mecânicas dos polímeros são sensíveis a mudanças de temperaturas
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DEFORMAÇÃO DE POLÍMEROS SEMICRISTALINOS
Deformação da parte amorfa: pode ser parcialmente elástica se tg<tambiente
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
O módulo de elasticidade pode ser uma combinação dos módulos da fase cristalina e da fase amorfa
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Por que a deformação é elástica ?
as moléculas enovelam-se novamente porque assim retornam à posições com o menor nível de energia possível.
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DEFORMAÇÃO DE POLÍMEROS SEMICRISTALINOS
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Deformação da parte cristalina: plástica
Maior resistência 
Estrutura altamente orientada
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Plásticos AMORFOS (termoplásticos e termofixos): 
as cadeias não se desenrolam
material resiste à deformação 
ruptura com pequena ou nenhuma deformação
Plásticos SEMICRISTALINOS, com Tg< ambiente:
a parte amorfa se desenrola  pequena deformação elástica.
material resiste à deformação até ruptura de planos da estrutura cristalina  deformação plástica
material rompe após grande deformação
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Elastômero: poucos ligações cruzadas  deformação elástica
Plástico flexível: sem ligações cruzadas  deformação plástica
Termofixo plástico: muitas ligações cruzadas pouca deformação
DEFORMAÇÃO DOS ELASTÔMEROS
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Vulcanização : Polímero linear ou ramificado + enxofre  polímero reticulado
Cross-link: ligação covalente primária entre macromoléculas vizinhas
Borrachas não vulcanizadas são pouco resistentes e pouco elásticas
Poucos cross-links  elasticidade (elastômero)
Muitos cross-links  rigidez (plástico)
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DEFORMAÇÃO EM FIBRAS
FIBRAS
Alta orientação molecular;
Grande resistência à tração;
Pouca deformação.
Fibras PLÁSTICAS: 
As cadeias não se desenrolam, porque não há o que ser desenrolado  alto nível de orientação molecular
Alta resistência à deformação e ruptura por tração
Materiais: PA, PAN, PET, acetato de celulose
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	Fatores que influem no comportamento mecânico dos polímeros
	Inúmeros fatores influenciam as características mecânicas dos materiais poliméricos. Fatores estruturais e de processamento possuem influencias marcantes sobre o comportamento mecânico dos polímeros. 
As características estruturais que influenciam nestas propriedades são:
 Estrutura química
 Cristalinidade
 Massa Molecular
 Plastificantes
Fibras para reforço
 Elastômeros para tenacificação
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ESTRUTURA QUÍMICA 
O aumento do comprimento de grupos laterais proporciona uma maior separação entre as cadeias principais, que, por sua vez, proporciona uma maior mobilidade molecular, o que resulta num aumento de flexibilidade. 
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CRISTALINIDADE 
À medida que o grau de cristalinidade de um polímero aumenta, a resistência e a dureza também aumentam. 
Propriedades Mecânicas de PE com vários graus de cristalinidade
Ordem de cristalinidade: Tipo 1 < Tipo 2< Tipo3
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Massa Molecular 
Com o aumento da massa molecular, um maior número de moléculas entre cristalinos aparecerá, amarrando assim a estrutura de estado agregado. 
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Plastificantes, água e/ou monômero residual 
Quando plastificantes são adicionados à formulação de um polímero para reduzir a dureza no produto acabado, altera-se fortemente seu comportamento mecânico. A adição de plastificantes também provoca um acentuado deslocamento da temperatura de transição do modulo para valores mais baixos 
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Fibras para reforço 
Considerando-se que a distribuição de esforços ou tensões em uma matriz polimérica é uniforme, em todos os seus pontos a presença de uma segunda fase dispersa nessa matriz também sentira a solicitação aplicada no conjunto. 
Se o modulo de elasticidade dessa segunda fase for mais alto que a matriz, o resultado final será um aumento nas propriedades mecânicas do composto.
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Fibras para reforço 
Esse efeito é conhecido como reforçamento por adição de fibras, e é muito utilizado comercialmente para melhorar o desempenho mecânico de polímeros.
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Elastômeros para tenacificação 
Utiliza-se elastômeros (borrachas) para aumentar a tenacificação de polímeros frágeis. 
Representação de um filme de HIPS- PS + partículas de borracha.