Propriedade termica dos materias

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB
CENTRO DE TECNOLOGIA - CT
Anne Louise Barão
PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS MATERIAIS
João Pessoa PB
2015
Sumário
1 Resumo....................................................................................................................................4
2 Abstract....................................................................................................................................5
3 Introdução................................................................................................................................6
4 Objetivos gerais........................................................................................................................7 
5 Fundamentação teórica............................................................................................................8
 5.1. Propriedades térmicas.......................................................................................................8
 5.2. Calor especifico................................................................................................................8
 5.3. Calor especifico Molar......................................................................................................9
 5.4. Capacidade calorífica vibracional.....................................................................................9
 5.5. Expansão térmica............................................................................................................10
 5.6, Estudo térmico (solid work simulation)..........................................................................16
6 Polímeros...............................................................................................................................17
 6.1. Cristalinidade..................................................................................................................18
 6.2. Polímero cristalino..........................................................................................................19
 6.3. Polímero amorfo.............................................................................................................19
 6.4. Classificação dos polímeros............................................................................................19
 6.5. Propriedades térmicas dos polímeros..............................................................................20 
 6.6. Temperatura de transição vítrea(Tg)...............................................................................21
 6.7. Temperatura de fusão (Tm).............................................................................................22 
 6.8. Temperatura Cristalização.............................................................................................23
 6.9. Temperatura de degradação.............................................................................................23
 6.10. Calorimetria diferencial e exploratória..........................................................................24
 6.11. Difração de raio-X.........................................................................................................25
 6.12. Utilizações do dia a dia .................................................................................................27
9. Simulador de dissipador de calor .........................................................................................40
10.Conclusão.............................................................................................................................47
11. Referencias..........................................................................................................................56
1. Resumo
O seguinte trabalho apresenta uma pesquisa sobre propriedades térmicas dos materiais dando enfoque a polímeros onde explicamos suas estruturas e suas reações térmicas às propriedades. Nós exemplificamos de aplicações no dia a dia e no mercado de trabalho, relacionando os testes com as propriedades nos materiais a exemplo de Condutividade térmica, capacidade calorífica, calor especifico, dilatação e tensão para conhecer melhor o material e testar seus limites, como em um simulador de determinados tipos de materiais para saber seu comportamento a altas temperaturas ou baixa.
 
2. Abstract
For thermal response property is meant a material the application of heat, as a solid absorbs heat energy as its temperature increases and dimensions. The properties of a material are numerous and can be altered through heat treatment or addition of substances. The use of a material is a completely selective process, which consists in choosing a relatively limited set of materials, the one that best suit a given application due to its features, evaluating atomic structure, heat capacity, conductivity, expansion and strain the material to facilitate the knowledge of the environment we live knowing better about their structure and their behavior so they can find an appropriate use for humanity and the environment we live in.
3. 
4. Introdução
Por propriedade térmica se entende resposta de um material a aplicação de calor, conforme um sólido absorve energia na forma de calor a sua temperatura e dimensões aumentam. As propriedades de um material são inúmeras e pode ser alterada através de tratamentos térmicos ou adição de substancias. A utilização de um material é um processo totalmente seletivo, que consiste em optar um conjunto relativamente limitado de materiais, por aquele que mais se adéqua a uma dada aplicação em virtude das suas características, avaliam estrutura atômica, capacidade térmica, condutividade, expansão e tensão do material para facilitar o conhecimento do meio que vivemos conhecendo melhor sobre sua estrutura e seu comportamento para que possam encontrar uma adequada utilização para a humanidade e o meio que vivemos. 
	
5. Objetivos gerais 
O seguinte trabalho apresenta uma pesquisa das propriedades térmicas dos materiais (por propriedades deve entender como peculiaridade de um material em termos de tipo e magnitude) com enfoque em polímeros metais e cerâmicas analisando suas condutividades expansão capacidade tensão e suas estruturas atômicas e influencias no mercado de trabalho e aplicações com exemplos e analises de determinados materiais para suas aplicações. Busca-se com essa pesquisa entender mais do meio onde vivemos e se atualizar de novidades para facilitar o processo de buscar pelo determinado material para certa aplicação.
5. Fundamentação teórica
5.1. Propriedades térmicas
 “Por "propriedade térmica" entende-se a resposta de um material à aplicação de calor. À medida que um sólido absorve energia na forma de calor, a sua temperatura aumenta, assim como também aumentam as suas dimensões” (CALLISTER, 2002, P. 450).
 Capacidade Calorífica
 É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade. Então, pode-se expressar esta relação por: Sua unidade usual é cal/°C.
 Quando se fornece uma quantidade de calor a um corpo e provoca um incremento de temperatura, a razão entre essa quantidade de calor fornecida e o incremento de temperatura é a capacidade térmica.
Matematicamente, temos:
 Onde:
 dQ: calor fornecido
 dT: variação de temperatura
 C(T,...): capacidade calorífica
 E inversamente, dado um incremento de temperatura o cálculo do calor necessário para fazer esse incremento é descrito matematicamente:
 5.2. Calor específico
 É uma grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada substancia ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. A unidade no SI é J/(kg.K) (joule por quilograma e por kelvin). Uma unidade usual bastante utilizada para calores específicos é cal/(g.ºC) (caloria por grama epor grau celsius). Matematicamente temos:
5.3. Calor específico molar
 Em muitas circunstâncias a unidade mais conveniente para especificar a quantidade de uma substancia é o mol, definido como sendo uma quantidade de 6,02 x 1023 unidades elementares de qualquer substância. Nesses casos, quando a quantidade de substância é expressa em mols, utiliza-se o chamado calor específico molar. Este é expresso como sendo a capacidade térmica por mol, e não mais por massa unitária.
 A capacidade térmica molar pode ser medida a volume constante (CV) e a pressão constante (CP) com: CP> CV (no entanto, esta diferença é pequena para a maioria dos metais sólidos a temperaturas iguais ou abaixo da temperatura ambiente).
	
 5.4. Capacidade calorifica vibracional
 A assimilação da energia térmica se dá pelo aumento da energia vibracional dos átomos. Os átomos nos materiais sólidos estão constantemente vibrando a frequências muito altas e com amplitudes relativamente pequenas. Em vez de serem independentes umas das outras, as vibrações de átomos adjacentes estão acopladas entre si em virtude das ligações atômicas. Essas vibrações estão coordenadas de tal maneira que são produzidas ondas reticulares que se propagam com altas frequência e pequenas amplitudes, um fenômeno representado na Figura abaixo:
Figura 1 
5.5. Expansão térmica
 Os materiais quando em processo de aquecimento ou resfriamento, ficam sujeitos à dilatação ou contração térmica. O processo de contração e dilatação dos corpos ocorre em virtude do aumento ou diminuição do grau de agitação das moléculas e consequentemente aumento ou redução na distância média entre as mesmas. 
 A variação no comprimento em função da temperatura para um material sólido pode ser expressa da seguinte maneira:
figura 2 
 Onde:
 : comprimento inicial
: comprimento final
: temperatura inicial
: temperatura final
: coeficiente linear de expansão térmica
A variação do volume corpo em função da temperatura pode ser calculada pela expressão:
Ou
figura 3
Onde:
: variação de volume 
: volume inicial 
: temperatura inicial
: temperatura final
: coeficiente de expansão volumétrica	
 
Coeficiente linear de expansão térmica
 É uma propriedade do material do grau que ele se expande quando é aquecido[(ºC)-1]. A imagem abaixo ilustra a tabulação das propriedades térmicas de vários materiais.
figura4 (CALLISTER)
Lamina bi metálica 
 Uma lâmina bi metálica é constituída de duas lâminas de materiais diferentes (ferro e latão, por exemplo) unidas firmemente. Na temperatura ambiente, as lâminas são planas e possuem as mesmas dimensões. Quando é aquecida, como os dois materiais possuem coeficientes de dilatação diferentes, uma das lâminas se dilata mais que a outra.
 A figura abaixo ilustra bem esse conceito, onde temos duas laminas metálicas com diferentes coeficientes de expansão térmica.
figura 5 
a) A lamina superior expande mais que a inferior para um dado acréscimo de temperatura.
b) Se as laminas são fixas uma na outra, o aquecimento resultará numa curvatura da lâmina bi metálica.
Exemplo de expansão térmica
Pavimento levanta e complica o trânsito na Avenida Iguaçu. Esse foi o título da matéria do jornal A Gazeta do Povo. 
 Suspeita é de que o calor tenha causado a dilatação das placas de concreto. O tráfego foi bloqueado no cruzamento com a Rua Saint Hilaire.
figura 6
A suspeita inicial é de que teria havido um vazamento de gás em um gasoduto da região, mas o Corpo de Bombeiros foi até o local e descartou esta hipótese. Agentes da Secretaria de Trânsito (Setran) orientavam os motoristas no local.
 Engenheiros da Setran estavam se dirigindo até o cruzamento para avaliar o que ocorreu. Uma das suspeitas, de acordo com o supervisor de operações da Defesa Civil, Clodoaldo Ribeiro Pereira, é que o forte calor em Curitiba tenha provocado o deslocamento do concreto fazendo com que o pavimento cedesse. "É possível que o concreto tenha sofrido dilatação por causa das altas temperaturas dos últimos dois dias. Entretanto, não podemos confirmar esta informação", explica. Neste sábado, a capital registrou 34°C, maior temperatura dos últimos seis anos.
Expansão térmica – Perspectiva atômica
“De uma perspectiva atômica, a expansão térmica é refletida por um aumento na distância média entre os átomos. Esse fenômeno pode ser mais bem compreendido através de uma consulta à curva da energia potencial em função do espaçamento interatômico para um material sólido. A curva encontra-se na forma de um poço de energia potencial, e o espaçamento interatômico em condições de equilíbrio a uma temperatura de 0 K, ro, corresponde ao ponto mínimo no poço de energia potencial. O aquecimento até temperaturas sucessivamente mais elevadas (TI, T2, T3 etc.) aumenta a energia vibracional de E1 para E2, para E3, e assim por diante. A amplitude vibracional média de um átomo corresponde à largura do poço de energia potencial a cada temperatura, e a distância interatômica média é representada pela posição intermediária, que aumenta em função da temperatura de ro para r1 para r2, e assim por diante. ” (CALLISTER, 2002, P. 452). 
“A expansão térmica é, na realidade, devida à curvatura assimétrica desse poço de energia potencial, e não devida às maiores amplitudes vibracionais dos átomos em função da elevação da temperatura. Se a curva da energia potencial fosse simétrica, não existiria qualquer variação líquida ou global na separação interatômica e, consequentemente, não existi qualquer expansão térmica. ” (CALLISTER, 2002, P. 453). 
Figura 7
Condutividade térmica
Condução é o mecanismo de transferência de calor no qual a energia térmica é transferida de um ponto a outro através da interação de átomos ou moléculas da matéria. A condução ocorre em sólidos, líquidos e gases.
A transferência de calor por condução obedece à lei de Fourier, que diz que a taxa de condução de calor é proporcional à área de transferência de calor e o gradiente de temperatura como pode ser observado na demonstração:
Figura 8 
A proporcionalidade pode ser convertida para igualdade através de um coeficiente de proporcionalidade e a Lei de Fourier pode ser enunciada assim:
Onde, 
: fluxo de calor por condução ( Kcal/h no sistema métrico); 
: condutividade térmica do material; 
: área da seção através da qual o calor flui por condução, medida perpendicularmente à direção do fluxo ( m2); 
: gradiente de temperatura na seção, isto é, a razão de variação da temperatura T com a distância, na direção x do fluxo de calor ( °C/h ).
A razão do sinal menos na equação de Fourier é que a direção do aumento da distância x deve ser a direção do fluxo de calor positivo (figura). Como o calor flui do ponto de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa (gradiente negativo), o fluxo só será positivo quando o gradiente for positivo (multiplicado por -1).
5.6.Estudo térmico – Solidworks Simulation
Solidworks Simulation antes chamado de Cosmos plataforma CAE do Solidworks é um suplemento do SolidWorks. Ele possui uma área própria no site da SolidWorks Corp conforme pode ser acessado no endereço abaixo:
http://solidworksbrasil.com.br/sw/6457_PTB_HTML.htm
O Simulation é totalmente integrado com o Cad em interface, comandos e funcionalidades do SolidWorks. O SolidWorks Simulation permite analises em componentes sujeitos a carga térmica direta ou indireta. Assim cada designer e engenheiro pode realizar análise térmica em qualquer fase do projeto para garantir que todos os componentes e montagem se comportem corretamente dentro de faixas de temperatura esperados, e as questões de segurança local antes que elas surjam. Exemplos típicos são: avaliar a distribuição de temperatura num bloco de motor a explosão, na superfície de uma blindagem, a eficiência de um isolamento e etc.
A análise térmica calcula a distribuição de temperatura de temperatura em um corpo devido a qualquer um ou até mesmos os três mecanismos de transferência de calor.
Nos três o poder calorificoflui do meio de maior temperatura para o meio de temperatura mais baixa. A transferência de calor por condução e convecção exige a presença de um meio material; já a transferência de calor por radiação, não.
O software disponibiliza no estudo térmico uma ferramenta de termostato que tem a função de controlar o fluxo de calor e as fontes de poder calorifico.
Ao término do estudo é possível gerar um relatório com descrição da simulação, informações do modelo, propriedades do estudo, unidades, propriedades do material escolhido, cargas térmicas, informações de malhas e etc.
6 Polímeros 
A estrutura molecular de cada polímero tem influência direta sobre suas propriedades mecânicas, microestrutura e densidade. CANEVAROLO (2002) usa como exemplo, ramificações longas como as presentes no polietileno de baixa densidade, aumentam a resistência ao impacto, diminuem a densidade e facilitam o processamento, enquanto no polietileno de alta densidade, as ramificações curtas ou até mesmo a ausência delas, aumentam a cristalinidade e a resistência à tração em relação ao polietileno de baixa densidade. A temperatura de processamento e resfriamento também influencia nas propriedades dos polímeros, principalmente no que diz respeito ao grau de cristalinidade e densidade, afetando a organização espacial das cadeias carbônicas, o seu empacotamento e organização à curto e longo alcance.
A importância dos polímeros reside no fato de apresentar um conjunto de propriedades favoráveis (mecânicas, óticas, elétricas, térmicas transparência, adesão, permeabilidade); matéria-prima com ampla disponibilidade, atóxicos, processo seguro e simples; fácil processamento, eficiência, fácil ampliação de escala e ponto de vista ambiental (tempo de vida, reciclabilidade, degradabilidade, ausência de componentes orgânicos voláteis).
Polímeros naturais tem sido usados a muitos séculos, esses que incluem madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda.Outros polímeros naturais ta como proteínas, enzimas, amido e celulose são importantes em processos biológicos nas plantas e animais. Ferramentas modernas de investigação científica tornaram possível a determinação das estruturas moleculares desse grupo de materiais e o desenvolvimento de numerosos polímeros os quais são sintetizados a partir de moléculas orgânicas pequenas, muitos plásticos borrachas e fibras atualmente são polímeros sintéticos. Macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monómeros). Os monômeros são moléculas de baixa massa molecular os quais, a partir das reações de polimerização, vêm a gerar na macromolécula polimérica. As unidades repetitivas, chamada de mero, provem da estrutura do monômero. O número de unidades estruturais repetidas, ou seja, número de meros que podem se verificar na estrutura de uma macromolécula é chamado grau de polimerização. Em geral, os polímeros contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas que seus monômeros, mas em maior quantidade absoluta. A estrutura molecular de polímeros é constituída por uma longa cadeia de átomos de carbono ligados entre si por ligações covalentes. A estes carbonos ligam-se outros átomos ou radicais ou grupos laterais como o hidrogênio no PE, o radical acrilato no PMMA e flúor no PVDF. A disposição espacial, tamanho dos radicais e da cadeia determinam a estrutura molecular. O longo comprimento da cadeia polimérica, a liberdade de rotação das ligações e ângulos definidos proporcionados pelas ligações covalentes, evidenciados na Figura 1, geram conformações de cadeia variadas em um enovelamento aleatório. Quanto maior a distância entre o início e fim da cadeia polimérica maior é a energia de conformação, existindo assim a tendência do polímero se enovelar, fato demonstrado na Figura 2. Em condições particulares, essas cadeias podem se ordenar e formar regiões cristalinas, com ordenamento e repetição, podemos assim ter polímeros amorfos ou semicristalinos.
6.1. Cristalinidade
A cristalinidade pode ser explicada como um arranjo ordenado de átomos ou moléculas com repetição regular no espaço. Para polímeros depende da natureza do material, por exemplo, a presença de grupos laterais grandes vai prejudicar ou até mesmo impossibilitar a cristalização, da massa molecular e do processamento submetido. A cristalinidade é geralmente medida em percentagem e não tem valor absoluto, pois é dependente da técnica utilizada para determiná-la. 
CANEVAROLO (2002) afirma que a maioria das propriedades físicas, mecânicas e termodinâmicas dos polímeros semicristalinos depende do grau de cristalinidade e da morfologia das regiões cristalinas. Quanto maior a cristalinidade, mais elevadas são as propriedades de densidade, rigidez, estabilidade dimensional, resistência química, temperatura de fusão (Tm), temperatura de transição vítrea (Tg), temperatura de utilização, entre outros. Por outro lado, reduzem-se as propriedades de resistência ao impacto, transparência, etc. 
Segundo BILLMEYER (1984) a descoberta de que havia partes cristalinas nos polímeros veio nos anos 20, quando alguns polímeros submetidos à difração de raios-x apresentaram picos característicos, algo só observado em materiais cristalinos. Estes picos apareciam somados a uma distribuição larga como a de um líquido, indicando também uma parte amorfa. O modelo que se desenvolveu a partir de então, foi o modelo da micela franjada.
6.2. Polímero Semicristalino
CANEVAROLO (2002) afirma que um polímero semicristalino é caracterizado pela ordenação dos radicais na massa polimérica. A regularidade é verificada considerando as posições que os átomos das cadeias ocupam quando afastados por distâncias de 10Å. Embora o polímero tenha grande capacidade de cristalização, não atinge 100 por cento, por isso são chamados de semicristalinos. 
BORRELY (2002) esclarece que polímeros semicristalinos apresentam rigidez em temperaturas elevadas, baixa fricção, alta dureza, resistência química e maior resistência à fluência em relação aos polímeros amorfos.
6.3.Polímero Amorfo
Quando o polímero é amorfo, as cadeias moleculares são dispostas aleatoriamente, sem qualquer ordem aparente. Com o aumento da temperatura, as cadeias poliméricas começam a ter uma mobilidade parcial em toda a massa polimérica formando o estado borrachoso. Quando a temperatura é reduzida abaixo da Tg, o polímero amorfo torna-se um material vítreo. Polímeros amorfos possuem ampla faixa de 8 amolecimento, não apresentando temperatura de fusão, têm moderada resistência ao aquecimento, boa resistência ao impacto e baixa contração.
6.4. Classificação dos polímeros 
Os termofixos são completamente amorfos e não são recicláveis, pois se deterioram ao serem aquecidos (em temperaturas bem mais elevadas que no caso dos termoplásticos). Quando aquecemos muito um termofixo além da quebra da ligação entre as cadeias, temos a quebra da ligação entre os monômeros (como já dito acima) e consequentemente o termofixo se deteriora. Como já mencionado também, elastômeros são termofixos,com característica principal elástica que vem das ligações cruzadas, que fazem um movimento de vai e vem quando esticamos o elastômero. Um exemplo de elastômero (goma de mascar)
•Podem ser conformados plasticamente apenas em um estágio intermediário de sua fabricação. 
•O produto final é duro e não amolece com o aumento da temperatura. •Eles são insolúveis e infusíveis
.•Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos.
•Completamente amorfos.•Possuem uma estrutura tridimensional em rede com ligações cruzadas 
sendo que os termofixos não apresentam fusão, são degradados antes de fundir.
Termoplásticos: tem como característica principal a maleabilidade, podem ser reciclados se aquecidos, são parcialmente cristalinos ou amorfos.
Suas estruturas características são LINEAR E RAMIFICADA. Pois, como os termoplásticos são recicláveis, isto é, podem ser remodelados quando aquecidos, suas cadeias não podem ser juntas. Se fossem juntas, ao aumentarmos a temperatura teríamos quebra das ligações entre as cadeias e das cadeias em si, degradandoo polímero.
•Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes, desde que reaquecidos (são recicláveis).
•Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos
•Lineares ou ramificados
6.5.Propriedades térmicas dos polímeros 
O comportamento dos polímeros varia em função de parâmetros como: temperatura, esforço externo e tempo. Portanto, para avaliar sua resposta devemos estudar as propriedades em função destes parâmetros. A Figura 10 evidencia a influência da temperatura nas propriedades mecânicas de um polímero. Por exemplo, o polímero ensaiado a -25ºC é rígido, característica determinada pelo elevado valor do módulo elástico e baixa deformação plástica, enquanto o polímero ensaiado a 80ºC apresenta baixo valor do módulo elástico, porém alta deformação plástica.
Figura 9 - Curva Genérica de aquecimento de um material polimérico registrada por DSC. (CANEVAROLO, 2002)
A Figura 1 evidencia que durante um ciclo de aquecimento ou resfriamento, para materiais poliméricos, existem quatro temperaturas de transição características: Temperatura de transição vítrea (Tg), temperatura de fusão (Tm) caso o polímero seja semicristalino, temperatura de cristalização (Tc) e temperatura de degradação. As modificações observadas nos materiais quando sujeitos a modificações de temperatura são de grande importância.
6.6. Temperatura de Transição Vítrea (Tg)
É uma transição de 2ª ordem e está associada à fase amorfa. Sendo uma transição de 2ª ordem, afeta variáveis termodinâmicas secundárias como coeficiente de expansão, índice de refração, calor específico e variáveis mecânicas como módulo de elasticidade e capacidade de deformação plástica. Abaixo de Tg o polímero não tem energia interna suficiente para permitir o deslocamento de uma cadeia com relação à outra por mudanças conformacionais. Ele está no estado vítreo caracterizado por se apresentar duro, rígido e quebradiço. 
Esta temperatura é o valor médio da faixa de temperatura que, durante o aquecimento de um material polimérico de uma temperatura muito baixa para valores mais altos, permite que as cadeias poliméricas da fase amorfa adquiram mobilidade, ou seja, adquiram possibilidade de mudança de conformação.
6.7. Temperatura de Fusão (Tm) 
CANEVAROLO (2002) explica que esta temperatura é o valor médio da faixa de temperatura em que, durante o aquecimento, desaparecem as regiões cristalinas com a fusão dos cristalitos (m do inglês "melt"). Neste ponto, a energia do sistema atinge o nível necessário para vencer as forças intermoleculares secundárias entre as cadeias da fase cristalina, destruindo a estrutura regular de empacotamento, mudando do estado borrachoso para o estado viscoso (fundido). Esta transição só ocorre na fase cristalina, portanto, só tem sentido se aplicada para polímeros semicristalinos. É uma transição termodinâmica de primeira ordem e afeta variáveis como volume específico, entalpia. 
Mano (1991) explicita que, para se determinar experimentalmente estas duas temperaturas de transição, é muito conveniente acompanhar a variação do volume específico (Figura 12), pois ele é uma propriedade que mede o volume total ocupado pelas cadeias poliméricas. Um aumento da temperatura ocasionará um aumento do volume devido à expansão térmica. Este aumento é esperado ser linear com a temperatura, a não ser que ocorra alguma modificação na mobilidade do sistema, o que implicaria em um mecanismo de expansão diferente. Para o mesmo polímero, em uma amostra de alta cristalinidade a temperatura de fusão é relativamente alta, quando comparada à temperatura de fusão do polímero relativamente amorfo. Nos termoplásticos a temperatura máxima de fusão é inferior a 300ºC 12. 
Figura 10 - Variação do volume específico com o aumento da temperatura mostrando as faixas de temperatura em que ocorrem a Tg e Tm. (MANO, 1991).
6.8. Temperatura de Cristalização (Tc). 
Durante o resfriamento de um polímero semicristalino a partir de uma temperatura acima da Tm, ele atingirá uma temperatura baixa o suficiente para que um número grande de cadeias poliméricas se organize espacialmente de forma regular quando a estrutura permitir. Esta ordenação espacial permite a formação de uma estrutura cristalina (cristalito ou lamela) naquele ponto. Cadeias em outros pontos também estarão aptas para se ordenarem formando novos cristais. Isto se reflete em toda a massa polimérica promovendo a cristalização. A cristalização pode ocorrer de duas formas: isotérmica, quando a temperatura é rapidamente abaixada até um dado valor Tc, estabilizada e mantida constante até que toda a cristalização ocorra. Ou de forma dinâmica, quando a temperatura é reduzida continuamente (normalmente a uma taxa constante) e a cristalização ocorre dentro de uma faixa de temperatura. Como a cristalização acontece em uma faixa de temperatura é comum definir um valor único chamado de temperatura de cristalização Tc, que é a temperatura aonde a taxa de cristalização é máxima. 13.
6.9.Temperatura de Degradação 
Em temperaturas ainda mais altas que a Tm, teremos a degradação das cadeias poliméricas, as cadeias serão quebradas em cadeias menores o que irá influenciar negativamente nas propriedades mecânicas do material. A degradação acontece porque as altas temperaturas fornecem energia para a quebra das ligações covalentes entre os átomos de carbono que formam a cadeia principal. Estas diferentes transições acontecem pelas diferentes magnitudes das forças de interação existentes dentro de um polímero e resultam no fato de observarmos diferentes respostas mecânicas nos polímeros para cada faixa de temperatura.
figura 11
6.10. Calorimetria Diferencial Exploratória 
É uma técnica termoanalítica em que a diferença na quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma amostra e de uma referência é medida em função da temperatura. A amostra e a referência são mantidas à mesma temperatura. É realizada através da medida instantânea da capacidade térmica da amostra como função da temperatura durante o aquecimento/resfriamento. Os resultados são fornecidos em um termograma de fluxo de calor por temperatura. Os picos endotérmicos são referentes à fusão, cura enquanto os exotérmicos são referentes à cristalização, degradação, etc. Há dois tipos de DSC: (1) DSC de fluxo de calor e (2) DSC de compensação de potência. Em ambos, há a comparação da amostra em análise com a 23. Rreferência. No primeiro caso, discos transferem calor para a amostra e para a referência enquanto termopares medem a variação de temperatura, calor específico e entropia. No segundo caso, a amostra e a referência são aquecidas independentemente. O sistema é controlado por dois loops, um controla a temperatura média de forma que a amostra e a referência possam ser aquecidas e resfriadas a certa velocidade e o segundo faz com que a potência tenda a restaurar o equilíbrio de temperatura entre a amostra em relação à referência, caso haja diferença.
6.11. Difração de Raios-X 
A difração de raios-x é uma técnica que fornece informações qualitativas e quantitativas de muitos aspectos como parâmetros de células unitárias, grau de cristalinidade, periodicidade das lamelas e graus de orientação. Existem dois tipos de difração de raios-x: (1) a de alto ângulo que compreende ângulos de 2º até 180º e (2) baixo ângulo que compreende ângulos de 0,2º a 2º. Somente será abordado o raio-x de alto ângulo.
Alguns materiais poliméricos experimentam expansões térmicas muito grandes ao serem aquecidos, como fica evidente através dos seus coeficientes lineares de expansão térmica, que variam entre aproximadamente 50x10 -6 e 400x10 - 6 (ºC) -1 . Os maiores valores de αl são encontrados para os polímeros lineares e com ramificações, pois as ligações intermoleculares secundárias são fracas, além de existir uma quantidade mínima de ligações cruzadas. Com o aumento da quantidade das ligações cruzadas, a magnitude do coeficiente de expansão diminui; os menores coeficientes são encontrados para os polímeros em rede termofixos, tais como fenolformaldeído, onde as ligações são quaseque inteiramente covalentes.
Choque térmico de materiais frágeis e Resistência ao choque térmico No caso mátrias dúcteis como os polímeros e metais, o alívio das tensões termicamente induzidas pode ser realizado através de uma deformação plástica. Entretanto, a não-ductilidade apresentada pela maioria dos materiais cerâmicos aumenta a possibilidade de ocorrência de uma fratura frágil a partir dessas tensões. O resfriamento rápido de um corpo frágil irá mais provavelmente causar esse tipo de choque térmico do que o aquecimento, uma vez que as tensões superficiais induzidas são de tração.
No trajeto inicial da extrusora, as partículas sólidas do polímero são aquecidas até o ponto de fusão. Na região intermediária, a temperatura do polímero fundido é aumentada até um nível considerável acima do ponto de fusão, enquanto as partículas sólidas remanescentes continuam sendo aquecidas até a sua fusão. Na região final da extrusora, o polímero fundido tem que alcançar um estado termicamente homogêneo. Quando o material deixa a extrusora ele é, então, resfriado normalmente até a temperatura ambiente. Pode-se concluir, portanto, que o conhecimento das propriedades térmicas de polímeros é crucial na descrição e análise do processo de extrusão.
A condutividade térmica dos polímeros é bem baixa, quando comparada com a condutividade dos materiais metálicos, e de alguns materiais cerâmicos. Do ponto de vista de processamento, a baixa condutividade térmica cria alguns problemas reais[1]: ela limita a taxa com a qual o polímero pode ser aquecido e plastificado. No resfriamento, a baixa condutividade pode provocar não uniformidade de temperatura e encolhimento. Isto pode resultar em tensões de congelamento, deformação do extrudado, delaminação, vazios de moldado, etc. A condutividade térmica de um material plástico sólido depende da cristalinidade do material, e portanto da história térmica prévia. Essa propriedade é também afetada pela anisotropia da amostra, e quando esta existe, é recomendado que se façam medidas adicionais apropriadas[2].
O calor específico de polímeros amorfos aumenta linearmente com a temperatura, abaixo e acima da temperatura de transição vítrea (Tg), sendo que ao redor desta temperatura ocorre uma variação brusca dessa propriedade. No caso de polímeros semi-cristalinos essa variação próxima a Tg é menos pronunciada, ocorrendo, entretanto, um máximo distinto no ponto de fusão cristalino. Para uma estrutura cristalina perfeitamente uniforme o calor específico é teoricamente infinito no ponto de fusão. Desde que este não é o caso de polímeros semi-cristalinos, o calor específico destes materiais exibe no ponto de fusão um pico com uma certa largura. Quanto mais estreito for esse pico, mais uniforme é a morfologia cristalina (os cristais apresentam lamelas de espessuras aproximadamente iguais). Acima do ponto de fusão o calor específico aumenta suavemente com a temperatura.
A difusividade térmica é importante em problemas envolvendo estado não-estacionário, o que ocorre durante o aquecimento e resfriamento de um polímero. Em processamento é uma propriedade fundamental no processo de moldagem por injeção, para a determinação do tempo de ciclo de moldagem. Na análise da maioria dos problemas de extrusão ela é considerada constante, embora na realidade ela depende da pressão, temperatura e orientação molecular.
Para o caso de polímeros que são utilizados como isolantes térmicos, a determinação precisa dessas propriedades é importante na avaliação do desempenho desses materiais, e na utilização racional e economia de energia, que são demandas importantes de nossa época.
Assim sendo, pode-se concluir que o conhecimento dessas propriedades é fundamental em muitos processos e projetos de engenharia de polímeros.
Hoje são conhecidos vários métodos para a determinação e estudo das propriedades térmicas de materiais. Entre eles estão os chamados métodos transientes ou não estacionários.
Os métodos transientes de troca de calor são aqueles onde a propriedade térmica é medida segundo um regime transiente de troca de calor. Recentemente, Santos e Gregório[3] utilizaram o método do fio quente na determinação das propriedades térmicas de alguns polímeros. É um método não estacionário, com o qual é possível, a partir do mesmo transiente térmico experimental, determinar simultaneamente a condutividade térmica, o calor específico, e a difusividade térmica do material. Nesta técnica, as amostras são preparadas em forma de paralelepípedos retangulares com as dimensões aproximadas de (230x80x30)mm. Entretanto, por razões tecnológicas, ou econômicas, ou às vezes por ambas, nem sempre é possível a preparação de amostras com as dimensões requeridas por essa técnica experimental, o que inviabiliza a utilização do método de fio quente para muitos materiais poliméricos. 
6.12. Utilizações do dia a dia.
1.1. Misturadores Internos Os misturadores internos são equipamentos utilizados para o processamento descontínuo (batch ) de materiais poliméricos, desenvolvidos na segunda metade do século XIX, a partir de misturadores abertos e semiabertos, para o processamento da borracha natural, muito antes da síntese de termoplásticos. Há um século, por volta de 1915, Fernley Banbury, um engenheiro americano, fixou o desenho do misturador interno no famoso misturador de Banbury, que a partir de então se transformou no equipamento padrão da indústria de processamento de borracha natural e sintética. A totalidade dos compósitos de borracha e negro de fumo destinados à produção de pneus, e boa parte dos compósitos elastomêricos para uma grande variedade de aplicações (desde mantas e mangueiras até solas de Havaianas) são preparados atualmente em misturadores internos (Figura 1). A câmara do misturador interno é formada por duas meias câmaras cilíndricas idênticas, paralelas e interconectadas. Centrados nos eixos das meias câmaras encontram-se dois rotores que se estendem ao longo da câmara. Cada rotor é formado por um núcleo cilíndrico e uma ou mais asas helicoidais. O espaço entre os rotores e as paredes internas do barril, acessível ao material que é processado, forma a câmara de processamento do misturador. O tamanho do rotor se ajusta à meia câmara deixando gaps mais ou menos estreitos entre a ponta das asas e a parede interna da câmara. Geralmente os rotores não são entrelaçados e giram a velocidades diferentes em direções opostas, Figura 2. Porém, existem modelos com rotores entrelaçados, corrotacionais, etc.
Figura 12. Dois pares de rotores contrarrotacionais para misturadores internos em escala industrial: (a) rotores tipo “ST” (Synchronous Technology), operados a mesma velocidade de rotação; (b) rotores-padrão do misturador Banbury que operam com diferença de velocidades: 1,15:1. Fonte: Farrel Corporation. 
A completa descrição geométrica dos rotores envolve a especificação do número de asas e a forma (perfil), extensão axial (comprimento e posição) e ângulo de torsão helicoidal de cada uma delas. Complexos desenhos de rotores têm sido, e continuam sendo, propostos para melhorar a capacidade de mistura do equipamento. Além da complexidade geométrica, os misturadores internos para a produção em escala industrial possuem complexos sistemas de carga e descarga e sofisticados mecanismos de controle da temperatura do material no interior da câmara de processamento. O interessado pode consultar a bibliografia citada. Os misturados internos têm limitada aplicação na produção de blendas e compósitos de matriz termoplástica em escala industrial. Sistemas termoplásticos são produzidos comercialmente, preferentemente, em equipamentos contínuos. Porém, os misturadores internos em escala de laboratório revelaram-se extremamente úteis para testar novos materiais e aditivos e na preparação de pequenas quantidades (da ordem de 50 a 500 g por batelada) de blendas e compósitos de matriz polimérica termoplástica, tanto no âmbito acadêmico quanto na indústria. O misturador interno de laboratório é utilizado também no estudo de borrachas e elastômeros,e em todas as indústrias que envolvem o desenvolvimento de materiais altamente viscosos: alimentícia, farmacêutica, cosmética, etc. (Figura 3). Os misturadores internos de laboratório são frequentemente comercializados como reômetros de torque
10 Conclusão
Acerca do que foi exposto no trabalho e estudado, pode-se perceber o quão importante e fundamental é levar em conta as propriedades térmicas de cada material em um projeto e em estudos físico-químicos, pois a característica química tem grande influencia nas propriedades térmicas dos materiais.
É importante levar em consideração em qualquer projeto as características físicas dos materiais utilizados, dentre essas características, as propriedades térmicas é uma das principais pois essa pode influenciar nas características mecânicas, na resistência a corrosão, fadiga(fluência),dentre outras. 
11Referencias 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAiP4AD/tecnologia-polimeros
http://www.scielo.br/pdf/po/v13n4/19882.pdf
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cer%C3%A2mica
William D. Callister, Jr “Ciência e engenharia de materiais uma introdução” 7ºed (2008) 
http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap13.pdf
https://chasqueweb.ufrgs.br/~ruth.santana/reologia/P%C3%A1ginas/10.%20Aplicacao.html
Canedo, E.L. e Alves, T.S. Processamento de Polímeros no Misturador Interno de Laboratório. Workshop CFD/UFCG, Campina Grande, 2015
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