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Estudo dos materiais poliméricos com foco nas suas aplicações no âmbito da engenharia naval 7
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA NAVAL
DISCIPLINA MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
NOME DOS INTEGRANTES 1
NOME DOS INTEGRANTES 2
NOME DOS INTEGRANTES 3
NOME DOS INTEGRANTES 4
ESTUDO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS COM FOCO NAS SUAS APLICAÇÕES NO ÂMBITO DA ENGENHARIA NAVAL
BELÉM – PA
2019
ESTUDO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS COM FOCO NAS SUAS APLICAÇÕES NO ÂMBITO DA ENGENHARIA NAVAL
Artigo apresentado à Universidade Federal do Pará, como parte das exigências para a aprovação na disciplina Materias de Construção Mecânica no curso de graduação Bacharelado em Engenharia Naval. 
Docente(a): Dr. Jorge Teófilo de Barros Lopes
BELÉM - PA
2019
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..................................................................................................00
DEFINIÇÃO E HISTÓRICO........................................................................................00
VANTAGENS E DESVANTAGENS..........................................................................00
CLASSIFICAÇÃO............................................................................................................00
PROPRIEDADES GERAIS..............................................................................00
PROPRIEDADES MECÂNICAS E ESPECÍFICAS............................................00
PROCESSOS DE PRODUÇÃO....................................................................................00
RECICLAGEM E APRIMORAÇÃO.........................................................................00
MERCADO..........................................................................................................................00
APLICAÇÕES....................................................................................................................00
CONCLUSÃO.....................................................................................................................00
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................00
INTRODUÇÃO
Polímeros são materiais aplicados nos mais segmentos da indústria, desde um objeto mais simples aos mais sofisticados, tendo em vista a enorme versatilidade proporcionada na utilização desses materiais nos mais variados setores da sociedade. E notório a infinidade de produtos das mais variadas formas presentes ao nosso redor tornando os polímeros produtos de destaque em nossas vidas, oportunizando inúmeros benefícios.
É importante mencionarmos, que a avanço tecnológico foi um fator primordial que passamos ter inúmeros artefatos poliméricos, tais como, cadeira, escova de dente, próteses etc. E importante percebermos o quanto e evidente a presença dos polímeros no nosso dia a dia.
Além disso, as caracterizaras peculiares dos polímeros a exemplo de flexibilidade, versatilidade dentre outras, tornam uso desses materiais indispensáveis no que diz respeito viabilidade econômica e a possibilidade de convertermos o material em outras formas, aspectos fundamentais pertencentes a esses materiais.
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1. DEFINIÇÃO E HISTÓRICO
Podemos definir os polímeros da seguinte maneira, são macromoléculas unidas por unidades menores esses monômeros se ligam entre si através de ligações covalentes, uma característica no que diz respeito a reação de formação desses materiais através de um processo químico conhecida pelo nome de polimerização. Onde as principais matérias primas para do plástico e o petróleo
A infinidade de produtos nas diversificadas formas é resultado de uma moderna e eficiente estágios de pesquisa na indústria petroquímica, a qual proporcionou um importante legal onde polímeros naturais ou sintéticos ofereceram benefícios especiais na história da humanidade. Um exemplo disso, foi a borracha natural a qual trouxe grandes vantagens ao Brasil, em especial a regia norte na qual as cidades de Belém e Manaus tiveram seu apogeu econômico no século XIX, em virtude da extração do látex (produto natural extraído da arvore conhecida por seringueira) oportunizaram um amplo desenvolvimentos dessas cidades.
 Os polímeros sintéticos, em especial na segunda guerra mundial de 1939-1945, motivaram um intenso processo de pesquisa, fruto disso foi a descoberta da fibra de nylon (Nova Iorque) em decorrência da falta da borracha natural está em falta. Isso foi um importante legado para que na atualidade possamos perceber o quanto a utilização de materiais polímeros tem feito parte só nosso cotidiano a fibra e outro importante material polimérico com características favoráveis quando aplicado na construção de embarcações, por ser um material extremamente versátil o mesmo oferecer ganhos significativos tais como, melhor desempenho, redução no gasto de combustível dentre outros
Figura 1 – Processo de Polimerização
Figura 2 – Obtenção de PVC
1.1 CRONOLOGIA 
· 1835 - Regnault apresenta o monômero de cloreto de vinil.
· 1838 - É descoberto o nitrato de celulose.
· 1839 - Charles Goodyear descobre o processo de vulcanização da borracha.
· 1865 - É descoberto o acetato de celulose.
· 1870 - Irmão Hyatt patenteiam a celulose.
· 1884 - Hilaire Chardonnet inventa a primeira fibra sintética, a nylon de viscose.
· 1922 - Hermann Staudinger sintetiza a borracha.
· 1928 - Ziegler começa a estudar a química orgânica princípio da descoberta do PE e PP.
· 1952 - Começa aparecer os primeiros materiais produzidos em PVC.
· 1953 - O polietileno de alta densidade começa a ser produzido comercialmente.
2. VANTAGENS E DESVANTAGENS
 Como podemos perceber os polímeros podem ser de origem natural ou sintética, e notório os inúmeros benéficos no tocante ao uso dos polímeros pois, o mesmo vem sendo utilizado em larga escala nos mais diversos segmentos da indústria por enumeras vantagens agregadas ao uso desses materiais. Porém, em alguns aspectos como o uso irracional acarreta em graves problemas ambientais.
2.1 ASPECTOS POSITIVOS
As vantagens no que diz respeito a utilização dos polímeros notamos uma ampla serventia ao compararmos com outros materiais a exemplo do aço ou concreto podemos notar alguns aspectos favoráveis aos polímeros tais como, baixo custo no seu processo de produção, versatilidade a possibilidade de serem utilizados em diversos segmentos da indústria, flexibilidade
2.2 ASPECTOS NEGATIVOS
No que diz respeito as desvantagens da utilização dos polímeros, a principal característica negativa do uso desse material são os longos tempos que eles levam para se desintegrarem com isso provocando graves problemas ao meio ambiente, a reciclagem torna-se um aspecto negativo por apresentar baixo valor econômico.
 
 			Figura 3 – Materias Poliméricos Descartados de Maneira Indevida
	Material
	Tempo de degradação
	Embalagem PET
	Mais de 100 anos
	Esponjas
	Indeterminado
	Isopor
	Indeterminado
	Luvas de borracha
	Indeterminado
	Plástico (embalagem
equipamentos)
	Até 450 anos
	Pneus
	Indeterminado
	Sacos e sacolas plásticas
	Mais de 100 anos
Tabela 1 – Tempo Estimado de Degradação Dos Principais Polímeros
3. CLASSIFICAÇÃO
Ao se analisar a classificação dos materiais poliméricos, pode-se subdivide-los em 7 partes para estudo, quanto a sua origem, quanto a cadeia de sua formação, quanto as configurações da cadeia, quanto a conformação da cadeia, quanto sua fusibilidade, quanto sua heterogeneidade e quanto seu comportamento mecânico. 
Nesse sentido, será discutido todos estes elementos presentes na classificação dos materiais polímeros. Outrossim, é importante destacar que a maior partes das subclassificações estudadas apenas são aplicadas para polímeros sintéticos, os quais serão apresentados posteriormente. 
3.1 ORIGEM
Sobre a origem dos matérias poliméricos, tem-se a origem natural e a origem sintética, na primeira o material é retirado diretamente do meio ambiente, já os materias sintéticos são obtidos por meio de reações depolimerização, haja vista que não são encontrados na natureza.
Nesse contexto, é importante salientar que nas reações para obtenção de polímeros sintéticos tem-se o uso de monômeros inorgânicos ou monômeros orgânicos, tal escolha depende do produto final a ser obtido
Nesse sentido, ao apresentar exemplos de polímeros naturais e sintéticos, mostra-se como os principais naturais: proteínas, amido e celulose, já em relação ao sintéticos, nota-se poliamida, policarbonato e polimetilmetacrilato.
3.2 CADEIA
Os polímeros são divididos e 3 tipos de cadeias: cadeia linear, cadeia ramificada e cadeia reticulada, estas apresentam geometrias espaciais totalmente e ligações moleculares totalmente diferentes.
Na cadeia linear apresentam-se macromoléculas, estas que foram obtidas partir de uma única direção, são como fios longos, semelhante a uma corda contínua. 
Na cadeia ramificada, tem-se uma cadeia principal do polímero e em determinadas partes apresenta ramificações ligadas a cadeia principal.
Em se tratando da cadeia reticulada, também conhecida como cadeia cruzada, nota-se que é a cadeia mais complexa, uma vez que existe uma serie de cadeias individuais que se ligam para formar a cadeia reticulada, a qual apresenta forças muito fortes de atração nas moléculas.
 
Figura 4 - Cadeia Linear Figura 5 - Cadeia Ramificada Figura 6 – Cadeia Reticulada 
3.3 CONFIGURAÇÃO
A configuração de uma cadeia polimérica representa o tipo de arranjo espacial das moléculas e das ligações intramoleculares. Sobre os tipos de configurações, tem-se: encadeamento, isomeria cis, isomeria trans, isomeria vinil e taticidade.
Nesse sentido, durante a reação de polimerização a configuração do polímero é definida e não pode ser alterada, uma vez que isso ocasionaria em rupturas das forças de atração entre as moléculas formadoras do material.
3.4 CONFORMAÇÃO
A conformação da cadeia dos polímeros se refere aos arranjos geométricos espaciais que os polímeros tem potencial de adquirir. A conformação pode ser dos tipos Zig – Zag Planar e helicoidal.
Além disso, a conformação é adquirida por um mecanismo chamado de rotação de ligação simples, nesse caso ocorre a mudança entre átomos vizinhos e interações entre eles. Outrossim, diferentes conformações nos polímeros implicam em diferentes quantidades no potencial de energia de cada molécula do polímero. 
 
 	Figura 7 – Zig – Zag Planar Figura 8 – Helicoidal
3.5 FUSIBILIDADE
Ao se analisar a fusibilidade dos polímeros, percebe-se que estes estão classificados em termoplásticos e termorrígidos, é importante entender a diferença entre eles pois as características de fusão da cadeia de um polímero determinam como o material será processado até se chegar no material desejado.
Os termoplásticos podem ser reprocessados diversas vezes contanto que o material seja aquecido até o ponto de fusão, após isso o material só precisa ser remoldado com base no novo material a ser obtido.
Nesse sentido, os termorrígidos, não podem ser remoldados, pois possuem fortes ligações cruzadas e reticulações que removem as propriedades do material quando são quebradas, devido a isso elas não podem ser aquecidas até o ponto de fusão. 
 
 Figura 9 – Termoplásticos Figura 10 – Termorrígidos
3.6 HETEROGENEIDADE
Sobre sua diferença de corpo, tem-se polímeros que são classificados como: homopolímeros e copolímeros, a diferença entre eles se da pelo tipo de mero presente na cadeia.
Nesse sentido, os polímeros compostos pela repetição de um mesmo mero dentro da cadeia são considerados homopolímeros, já os que possuem pelo menos um mero diferente são chamados de copolímeros
 
 Figura 11 – Homopolímero / Estrutura do Polietileno Figura 12 – Copolímero / Tetrafluoretileno
3.7 COMPORTAMENTO MECÂNICO
Os polímeros são classificados em plásticos, elastômeros e frágeis, os plásticos são materiais em temperatura ambiente, sempre no estado sólido, os elastômeros também apresentam-se na temperatura ambiente, porém com aplicações de deformações de modo que sua estabilidade seja reversível e o material volte para o estado original quando necessário, por último nos polímeros frágeis, nota-se que estes são termoplásticos e possuem moléculas orientadas em sentido longitudinal.
Nesse contexto, percebe-se que os polímeros frágeis tem uma deformação insignificante comparada ao demais, além de que o polímero plástico tem uma deformação mais contínua e o elastômero uma deformação mais exponencial.
 Gráfico 1 – Deformação x Tensão
4. PROPRIEDADES GERAIS 
Todo tipo de matéria possui suas características próprias, e a essas características denominamos de propriedades, são responsáveis por diferenciar os tipos de matéria, no caso das propriedades gerais, e ditar o comportamento final de um produto, propriedades específicas.
Polímeros possuem um baixo custo de produção, podendo serem facilmente processados ou moldados, ou seja, facilidade de converter o material em outra forma. Apresentam excelentes propriedades de isolamento e alta ductilidade. Também possuem baixa densidade, faixa de variação de densidade destes materiais estende-se de aproximadamente 0,9 até 2,3, por serem formados de grandes extensões de cadeias moleculares simples. Sendo mais leves que metais e vidro, por exemplo. 
5. PROPRIEDADES MECÂNICAS E ESPECÍFICAS
Os polímeros possuem propriedades mecânicas que os conferem características específicas o modo de elasticidade pode variar de 7MPa chegando até 4 GPa para alguns muito rigidos. Os limites maximos de resistência a tração estão na casa dos 100MPa. O que dá capacidade de alguns polímeros apresentarem alongamento plástico maior que 1000%. (CALLISTER, 2012 pg 488 - 489).
Resistência mecânica, capacidade ligada à sua elasticidade. Se as cadeias de macromoléculas estiverem não apenas entrelaçadas, mas unidas através de ligações químicas, as chamadas ligações cruzadas, a resistência mecânica é aumentada, permitindo a confecção de peças e objetos bastante resistentes. (CALLISTER, 2012 pg 466).
Os polímeros também podem apresentar propriedades ópticas, como reflexão e refração, fatores que dependem do grau de cristalinidade. Levando, a se apresentarem na forma de materiais transparentes, onde a absorção e espalhamento de luz são desprezíveis; opacos, transmitância é praticamente zero, devido ao alto espalhamento; translúcidos, absorção desprezível e transmitância entre 0 e 90%. O grau de cristalinidade pode variar de 0 a 95%. (CALLISTER, 2012 pg 472).
A viscosidade é outra propriedade específica dos polímeros, está ligada ao espaço ocupado pelas macromoléculas. A viscosidade pode ser absoluta, relativa, específica, inerente, e intrínseca. (MANO, 2004 pg 30)
Devido seu baixo ponto de fusão e ebulição não necessitam de alta energia para serem moldados, o que facilita os processos de conformação. ( CANEVAROLO, 2002 pg 179)
Quanto a natureza química, o peso molecular altera progressivamente as propriedades dos polímeros. Com isso pode ser esperado também aumento na viscosidade das soluções, na capacidade de formação de filmes, na resistência à tração, ao impacto, ao calor, a solventes, etc. Há três tipos principais de peso molecular: peso molecular numérico médio, peso molecular ponderal médio e peso molecular viscosimétrico médio.
O peso molecular numérico médio depende do número de moléculas presentes na solução, sendo um a média aritmética:
Fórmula 1. Mn Peso Molecular Médio, ni Número de Moléculas i e Mi Peso de uma Molécula i. (MANO, 2004 pg 25)
O peso molecular ponderal médio leva em consideração o peso de cada molécula, além do número de moléculas.
Fórmula 2. Mw Peso Molecular Ponderal Médio, ni Número de Moléculas i eMi Peso de uma Molécula i. (MANO, 2004 pg 25)
O peso molécular viscosimétrico médio depende do número , do peso e das macromoléculas presentes: 
Formula 3. Mn Peso Molecular Viscosimétrico Médio, ni Número de Moléculas i, Mi Peso de uma Molécula i e a é Constante (Dependente de Polímero, Solvente e Temperatura).(MANO, 2004 pg 26)
Os polímeros em sua maioria apresentam grande sensibilidade a natureza química do ambiente, a variação da taxa de deformação e à temperatura, esses fatores podem afetar as características finais de um polímero, dando-lhe propriedades específicas.
6. PROCESSOS DE PRODUÇÃO
As propriedades dos materiais poliméricos são decorrentes de suas características morfológicas, e são responsáveis em grande parte pela enorme aplicação destes materiais no mundo atual. Estas propriedades, ao contrário daqueles de outros materiais, como metais, madeira, etc., só são desenvolvidas ou úteis após a transformação adequada do polímero. Dessa forma, percebe-se que diferentes técnicas são usadas nesse processo de fabricação. 
6.1 MOLDAGEM POR COMPRESSÃO
Um volume pré-determinado de pó do plástico é colocado na cavidade do molde, constituído de duas metades – macho e fêmea- ambas aquecíveis e resfriáveis. Fechado o molde, aplica-se pressão através da parte “macho” (entre100 a 500 kgf/cm²). A aplicação simultânea de calor e pressão amolece o pó que flui dentro da cavidade da fêmea do molde, conformando de acordo com a forma desta.
6.2 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO
A matéria-prima amolecida é expulsa através de uma matriz instalada no equipamento denominada extrusora, produzindo um produto que conserva a sua forma ao longo de sua extensão. Os produtos flexíveis, como embalagens, sacolas, sacos e bobinas também conhecidos como filme, após o processo de extrusão, podem ser ou semi-rígidos, como tubos, perfis, mangueiras e chapas, tem o mesmo processo, havendo mudança da matéria-prima e matriz.
6.3 MOLDAGEM POR INJEÇÃO
O processo de moldagem por injeção consiste essencialmente no amolecimento do material plástico num cilindro aquecido (em torno de 250°C) e sua consequente injeção em alta pressão (2100 kgf/cm²) para o interior de um molde relativamente frio, onde endurece e toma a forma final.
6.4 MOLDAGEM POR SOPRO
Processo em geral utilizado na obtenção de peças ocas através da insuflação de ar no interior do molde, de forma a permitir a expansão da massa plástica, até a obtenção da forma desejada. Aplicável geralmente à fabricação de frascos a partir de termoplásticos. Os processos de moldagem por sopro podem ser separados em 2 tipos: moldagem por sopro via injeção (e injeção com estiramento) e moldagem por sopro via extrusão.
6.4.1 SOPRO VIA INJEÇÃO
Primeiro processo é a produção de uma peça oca injetada via moldagem por injeção. Quando aquecida no segundo processo, dentro do molde, ar comprimido é soprado internamente para expandir a peça oca até a forma final. Após o resfriamento ocorre a extração da peça injetada
6.4.2 SOPRO VIA EXTRUSÃO
A matéria-prima amolecida pelo calor é expulsa através de uma matriz e ou fieira, formando uma mangueira quando o molde fecha sobre esta mangueira é introduzida uma agulha onde o ar é soprado, que força o material a ocupar as paredes ocas do molde, sendo moldada então à peça e após resfriamento é extraída.
7. RECICLAGEM E APRIMORAÇÃO
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8. MERCADO
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9. APLICAÇÕES
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9.1 APLICAÇÕES NO ÂMBITO DA ENGENHARIA NAVAL
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CONCLUSÃO
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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BOGORODITSKY, N.P. PASYNKOV, V..V. TAREEV, B.M. Electrial Engineerig Materials. 1977, Mir Plublisherrs
Canevarolo Jr., Sebastião V. – Ciência dos Polímeros: um texto básico para Tecnólogos e Engenheiros. São Paulo, Editora Artiliber, 2002.
Apostila de Ciência e comportamento dos materiais plásticos I – Núcleo de Tecnologia do Plástico, SENAI SP, 2012.
MANO, E. B.; MENDES, L. C. Introdução a Polímeros. 2.ed. rev. e ampl. São Paulo: Edgard Blucher, 2004.
CANEVAROLO, S. V. Jr. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artibler, 2006, p. 21, 43, 44, 49, 192.
CALLISTER, William D. Jr. Ciências e Engenharia de Materiais: Uma introdução, 8 ed. Tradução Sergio Murilo Stamile Soares; Revisão técnica José Roberto Moraes D'Almeida – Rio de Janeiro: LTC, 2012.
CANEVAROLO, Sebastião Jr. Ciência dos polirneros: um testo básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber Editora, 2002.
MANO, Eloisa Biasotto. Introdução a polímeros 1. Eloisa Biasotto Mano, Luís Cláudio Mendes. - 2. ed. rev. e ampl. - São Paulo: Edgard Blucher, 2004.