Aula 9 - Propriedades Elétricas

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Materiais Poliméricos III 
21/05/15 
Prof. Cláudia Fontoura 
PROPRIEDADES 
ELÉTRICAS 
 A ideia de associar propriedades elétricas aos polímeros 
surgiu por volta dos anos 50, através da incorporação de cargas 
condutoras, como negro de fumo, fibras metálicas ou de carbono. 
Esses foram chamados de polímeros condutores “extrínsecos”, 
pois a carga condutora é adicionada. 
 
 O primeiro polímero condutor, os quais conduzem a 
corrente elétrica sem a incorporação de cargas condutoras, foi 
preparado acidentalmente em 1976 no laboratório de Hideki 
Shirakawa no instituto de tecnologia de Tóquio. Na tentativa de 
sintetizar um poliacetileno, que é um pó preto, um estudante 
produziu um filme prateado semelhante a uma folha de alumínio. 
Revendo a metodologia, ele verificou que havia utilizado uma 
quantidade de catalisador 1000 vezes maior do que a necessária. 
HISTÓRICO 
 Na década de 80, os pesquisadores da BASF AG, 
Naarmann e Theophilou conseguiram incrementar ainda mais a 
condutividade do acetileno, através de um novo catalisador e 
orientando o filme por estiramento. Após a dopagem, eles 
conseguiram uma condutividade de 106 S cm-1, semelhante à 
do cobre na temperatura ambiente. A descoberta do 
poliacetileno condutor mostrou que um polímero orgânico pode 
ser um bom condutor de eletricidade. 
 
 Em 2000, os pesquisadores Alan J. Heeger, Alan G. 
MacDiarmid e Hideki Shirakawa dividiram o premio Nobel de 
química pela descoberta e desenvolvimentos de polímeros 
condutores. 
HISTÓRICO 
 A maioria das propriedades elétricas destes isolantes é 
função da temperatura, fato extremamente importante em 
sistemas elétricos que devem operar em altas temperaturas. 
 
 As principais características elétricas de materiais 
poliméricos são: 
 
a) Rigidez dielétrica; 
b) Resistividade volumétrica; 
c) Constante dielétrica; 
d) Fator de potência. 
PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS 
POLÍMEROS 
 Indica o grau em que o material é isolante, é medida 
pela tensão elétrica que o material pode suportar antes de 
perder as propriedades de isolante. 
 A falha é observada em função da excessiva 
passagem de corrente elétrica, ocorrendo reações químicas, 
que acarretam na formação de gases, degradando o material 
sólido e destruindo o isolamento elétrico. 
Rigidez Dielétrica 
Resistividade Volumétrica 
 É a resistência de materiais isolantes à passagem da 
corrente elétrica entre as faces de uma unidade cúbica 
(volumétrica) para um determinado material em uma dada 
temperatura, os polímeros de forma geral oferecem alta 
resistência, semelhante a algumas cerâmicas. 
Constante Dielétrica 
 É uma característica relacionada à energia eletrostática 
que o material pode armazenar. Os polímeros possuem baixas 
constantes dielétricas, geralmente bem menores que o vidro e 
cerâmicas. 
 A constante dielétrica, k (ou εr) do material compara a 
capacidade de armazenamento de cargas do material com aquela 
do vácuo entre as placas de mesma geometria sob a ação de um 
campo elétrico aplicado de mesma intensidade e indica quantas 
vezes a capacidade do sistema foi aumentada com a introdução 
do dielétrico entre as placas do capacitor. 
Constante Dielétrica 
Constante Dielétrica 
Fator de Potência 
 É uma medida relativa da perda dielétrica do 
material, quando o sistema age como isolante, e é 
comumente usada como medida de qualidade do 
isolante. 
 Está relacionada à rigidez dielétrica a altas 
temperaturas. 
Resistência ao arco 
Propriedades dos materiais 
isolantes 
Propriedades Elétricas do ABS 
 O ABS possui boas propriedades dielétricas (isolação 
elétrica) e estas, praticamente, não são afetadas pela 
temperatura e umidade, sendo também relativamente 
constantes em uma ampla faixa de frequências. 
Propriedades Elétricas da 
Poliamida (Náilon) 
 As propriedades dielétricas no náilon são boas dentro dos 
domínios de baixas e médias frequências e tensões. Entretanto, 
estas propriedades são bastante influenciadas pela variação da 
umidade relativa, como mostram as figuras. 
Propriedades Elétricas da 
Poliamida (Náilon) 
Propriedades Elétricas da 
Poliamida (Náilon) 
Propriedades Elétricas da 
Poliamida (Náilon) 
R
ig
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e
z
 d
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lé
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a
 
UR (%) 
Propriedades Elétricas da 
Poliamida (Náilon) 
 As propriedades dielétricas do PC são praticamente 
constantes em intervalos de temperatura e frequência mais 
amplos que os da maioria dos polímeros. 
 À baixas frequências e dentro de intervalos normais de 
temperatura de trabalho (20-100 °C) o fator de potência do PC 
é baixo para um polímero polar (0,0009). À medida que se 
aumenta a frequência, aumenta também a perda dielétrica e o 
fator de potência alcança seu valor máximo de 0,012 à 
frequência de 107 Hz. Figura a seguir... 
Propriedades Elétricas do 
Policarbonato 
Propriedades Elétricas do 
Policarbonato 
 A constante dielétrica independe da temperatura dentro de 
intervalos normais de trabalho. Até 106 Hz esta propriedade é, 
também, pouco afetada pela frequência e, acima deste patamar, 
como é de se esperar dos materiais polares, a constante dielétrica 
começa a cair. 
Propriedades Elétricas do 
Policarbonato 
Propriedades Elétricas do 
Policarbonato 
 Na tabela pode-se verificar as principais propriedades 
elétricas dos tipos comerciais de PC. Como sua absorção de água 
é muito baixa, suas características de isolamento elétrico são 
pouco afetadas pela umidade. 
Propriedades Elétricas do Poliéster 
(PET e PBT) 
 Os poliésteres termoplásticos apresentam excelentes 
propriedades dielétricas. Comparados aos outros termoplásticos, 
eles possuem maior rigidez dielétrica, constante dielétrica 
consistente e baixo fator de dissipação. Estas propriedades se 
mantêm constantes sob ampla faixa de temperatura, mesmo em 
condições de umidade variáveis. 
Propriedades Elétricas do Poliéster 
(PET e PBT) 
 As figuras mostram a constante dielétrica e o fator de perda 
em função da temperatura. O fator de perda ou dissipação é 
importante, pois indica a quantidade de energia elétrica convertida 
em calor quando o material é exposto a um campo elétrico 
alternado. 
Propriedades Elétricas do Poliéster 
(PET e PBT) 
Propriedades Elétricas do Poliéster 
(PET e PBT) 
Propriedades Elétricas do 
Polióxido de Metileno (POM) 
 As propriedades dielétricas da resinas acetálicas podem 
ser consideradas boas. Sua constante dielétrica varia pouco em 
uma ampla faixa de frequência (102 a 106 Hz) e sua rigidez 
dielétrica é bem alta. 
Propriedades elétricas do POM 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PC/PBT 
 As blendas PC/Poliéster caracterizam-se como sendo 
isolantes elétricos moderados, por possuírem uma resistividade 
volumétrica relativamente baixa, uma constante dielétrica alta e um 
fator de potência que pode variar em função das condições de 
ensaio. 
 
 Essas blendas são polímeros polares com dipolos unidos 
diretamente à cadeia principal sendo que, o movimento destes 
dipolos depende da capacidade de movimento dos segmentos da 
cadeia. Assim, o efeito da polarização dipolar é menos acentuado 
abaixo da Tg. Por esta razão são isolantes e alta frequência à 
temperatura ambiente de que superiores à Tg. 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PC/PBT 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PPE (PPO)/PS 
 Algumas literaturas mencionam as propriedades dielétricas do 
PPO modificado, como sendo uma de suas principais características. Por 
ser um material ligeiramentepolar com elevada Tg e baixíssima absorção 
de água, as propriedades dielétricas do PPO modificado, praticamente 
não são afetados pela variação de temperatura, frequência e umidade, 
dentro dos intervalos normais de trabalho. 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PPE (PPO)/PS 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PPE (PPO)/PS 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PPE (PPO)/PS 
Propriedades Elétricas da Blenda 
PPE (PPO)/PS 
POLÍMEROS CONDUTORES 
 Os polímeros condutores são formados por cadeias 
contendo duplas ligações C=C conjugadas, permitindo o fluxo de 
elétrons em condições específicas. Os orbitais π podem, 
facilmente, receber (redução) ou doar elétrons (oxidação) formando 
um íon. 
 
 Esses agentes de carga que efetuam a redução ou a 
oxidação do polímero, tornando-o, de isolante para condutor são 
chamados de dopantes, em analogia à dopagem em 
semicondutores. Estes processos resultam em cargas 
deslocalizadas ao longo da cadeia polimérica e são neutralizadas 
através da entrada e saída de cátions ou ânions. 
 A oxidação/redução da cadeia polimérica é efetuada 
por agentes de transferência de carga (aceptores/doadores de 
elétrons), convertendo o polímero de isolante em condutor ou 
semicondutor. Esses agentes são chamados de “dopantes” em 
analogia com a dopagem dos semicondutores, porém são 
adicionados em quantidades muito superiores, pois a massa 
do dopante pode chegar a até 50% da massa total do 
composto. 
POLÍMEROS CONDUTORES 
POLÍMEROS CONDUTORES 
 A condutividade elétrica dos polímeros foi 
primeiramente explicada com base no “modelo de bandas”, 
semelhante aos semicondutores inorgânicos. Num cristal, como 
em um polímero, a interação da cela unitária com todos os seus 
vizinhos leva à formação de bandas eletrônicas. Os níveis 
eletrônicos ocupados de mais alta energia constituem a banda 
de valência (BV) e os níveis eletrônicos vazios de mais baixa 
energia, a banda de condução (BC). Estes estão separados por 
uma faixa de energia proibida chamada de bandgap (também 
chamada de “hiato”), cuja largura determina as propriedades 
elétricas intrínsecas do material. 
POLÍMEROS CONDUTORES 
POLÍMEROS CONDUTORES 
Aplicações Polímeros Condutores