AULA DE POLIMEROS E COMPOSITOS

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POLIMEROS 
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O QUE SÃO PLÁSTICOS?
 Os plásticos são materiais orgânicos poliméricos
sintéticos, de constituição macrocelular, dotada de
grande maleabilidade, facilmente transformável
mediante o emprego de calor e pressão, e que serve
de matéria-prima para a fabricação dos mais
variados objetos.
 A matéria-prima dos plásticos geralmente é o
petróleo. Este é formado por uma complexa mistura
de compostos.
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 O QUE SÃO PLÁSTICOS?
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 O QUE SÃO PLÁSTICOS?
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CLASSIFICAÇÃO:
 Podem ser subdivididos em:
Termofixos: são polímeros de cadeia ramificada, para os
quais, o "endurecimento" (polimerização ou cura) é
consequência de uma reação química irreversível.
Termoplásticos: tem como vantagem sua versatilidade e
facilidade de utilização, desprendendo-se, geralmente, da
necessidade de máquinas e equipamentos muito elaborados
(e financeiramente dispendiosos).
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Polímeros
Monômero
Polímero
Ex: madeira, lã, couro, borracha, seda, plásticos...
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C C C C C C
HHHHHH
HHHHHH
Polietileno (PE)
ClCl Cl
C C C C C C
HHH
HHHHHH
Poli (cloreto de vinila) (PVC) Polipropileno (PP)
HH
HHH H
C C C C C C
CH3
HH
CH3CH3H
Polímeros
Etileno
C C
HH
HH
C C
HH
HH
C C
HH
HH
C C
HH
HH
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Polímeros
Possíveis rotações e torções em torno de
ligações simples podem levar à formação de cadeias
poliméricas não necessariamente retilíneas.
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Polímeros
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Polímeros lineares
As unidades são unidas em cadeias
únicas. Ex. PVC (Policloreto de vinila),
náilon, PMMA (acrílico), PE (polietileno),
PS (poliestireno)
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Polímeros ramificados
São polímeros onde cadeias de
ramificações laterais são conectadas às cadeias
principais. É interessante observar que os
polímeros com estrutura linear podem ser
ramificados.
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Polímeros com 
ligações cruzadas
São polímeros onde cadeias adjacentes
estão unidas umas às outras através de ligações
covalentes.
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Enxofre (S)
Vulcanização 
Formação de ligações cruzadas através
de ligações químicas.
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Polímeros em rede
São polímeros que possuem muitas
ligações cruzadas formando redes
tridimensionais. Ex. epóxi.
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Cristalinidade em polímeros
Cadeias dobradas
Polietileno
Célula Unitária
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Normalmente os polímeros são formados por
regiões cristalinas dispersas no interior do material
amorfo. O grau de cristalinidade pode variar de
completamente amorfo até cerca de 95% cristalino.
Cristalinidade em polímeros
Região
cristalina
Região
amorfa
PE
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Cristalinidade em polímeros: esferulitas
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Cristalinidade em polímeros: esferulitas
Direção de crescimento
da esferulita
Material amorfo
Lamelas cristalinas
Molécula
de ligação
Ponto de nucleação
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Direção do aumento da resistência mecânica 
Ramificada Ligações Cruzadas RedeLinear
Ligações
secundárias
Estrutura molecular
e resistência mecânica de polímeros
20/64Deformação 
T
e
ns
ão
 (
M
Pa
)
Plástico
Elastômero
Frágil
Propriedades mecânicas de 
polímeros 
Tensão x Deformação
Limite de resistência
à tração
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Tensão x Deformação
Deformação
T
e
ns
ão
Limite de resistência à tração
Limite de escoamento
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Tensão x Deformação
Polímero 
Limite de 
resistência
à traçã (MPa) 
Limite de 
escoamento
(MPa)
Alongamento na 
fratura
(%)
Polietileno (baixa 
densidade)
8,3 - 31,4 9,0 – 14,5 100 -650
Polietileno (alta 
densidade)
22,1 – 31,0 26,2 – 33,1 10 – 1200
PMMA 48,3 – 72,4 53,8 – 73,1 2,0 – 5,5
Náilon 75,9 – 94,5 44,8 – 82,8 15 – 300
PVC 40,7 – 51,7 40,7 – 44,8 40 – 80
PTFE 
(Politetrafluoreti
leno)
20,7 – 34,5 - 200 – 400
Metais 4100 600 100
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Propriedades mecânicas de polímeros 
Temperatura x Deformação
T
e
ns
ão
 (
M
Pa
)
Deformação
PMMA
temperatura  resistência
temperatura  alongamento
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Deformação em polímeros 
plásticos e frágeis 
ruptura frágil
ruptura plástica 
x
deslizamento das
regiões cristalinas
estrutura 
fibrilar
próximo à ruptura
alinhamento das
regiões cristalinas
próximo à ruptura
polímeros
semicristalinos alongamento
das regiões
amorfas
Carga/descarga
Estrutura inicial
estrutura
em rede
estrutura
linear
x
T
e
ns
ão
 (
M
Pa
)
Deformação
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Deformação em polímeros plásticos e 
frágeis 
Deformação
T
e
ns
ão
 
Limite de
escoamento
A deformação é confinada ao pescoço! 
Início da formação
do pescoço
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Deformação em elastômeros 
Ligações
cruzadas
Tensão Tensão 
O aumento da entropia faz o polímero retornar
à sua forma original quando a tensão é retirada!
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Plásticos
Quimicamente inertes, mecanicamente resistentes,
isolantes, transparentes, translúcidos ou opacos, etc...
Revestimentos, brinquedos, lentes, vedações,
engrenagens, isolantes, garrafas, etc...
Aplicações de polímeros 
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Elastômeros
Elásticos... 
Aplicações de polímeros 
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UHMWPE (polietileno de alto peso molecular)
Aplicações de polímeros 
Alta resistência química, a impacto, desgaste e abrasão,
baixo coeficiente de atrito, autolubrificante e antiaderente.
UHMWPE
APLICAÇÕES
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Plástico na Construção Civil
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Termofixo
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Termofixo
34/64
Termofixo
35/64
Termofixo
36/64
Termofixo
37/64
Termofixo
38/64
Termofixo
39/64
Termofixo
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Termofixo
41/64
Termofixo
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Tubo de PVC para drenagem
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Termoplásticos
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Termoplásticos
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Termoplásticos
46/64
Termoplásticos
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Termoplásticos
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Termoplásticos
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Termoplásticos
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COMPÓSITOS
• Formados por dois materiais a nível 
macroscópico
• Enorme gama de propriedades
• Excelentes rigidez e resistência 
específicas
• Fibras e matriz cerâmicas 
• resistem a altas temperaturas
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TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS
REFORÇADOS
C/PARTÍCULAS
REFORÇADOS
C/ FIBRAS
COMPÓSITOS
LAMINARES
COMPÓSITOS
NATURAIS
• Concreto
• Asfalto
• Cermet
• Fibras de 
carbono, 
Kevlar, vidro, 
etc
• Matriz de 
epoxy, 
poliéster, 
PEEK, etc
• Laminados 
de fibras e 
resina
• Sandwich
• Madeira
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REFORÇADO COM PARTÍCULAS
 CERMETO:
 CERAMICA + METAL
 CORTE DE AÇO REFORÇADO
 CONCRETO:
 DIFERENÇA ENTRE CIMENTO E CONCRETO
 PORTLAND
 CONCRETO ARMADO
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Compósitos Reforçados com Fibras
Faz-se uso de compósitos reforçados com fibras em projetos cujos 
objetivos incluem uma alta relação resistência/peso.
 Influência do comprimento da fibra: quando uma tensão é
aplicada em um compósito deste tipo a ligação matriz-fibra cessa
nas extremidades da fibra.
Lc = σfd/2tc
 Comprimento crítico: comprimento de fibra mínimo, necessário
para que haja um efetivo aumento da resistência do compósito.
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Compósitos Reforçados com Fibras
 Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o
seu comprimento crítico (lc):
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Alguns arranjos típicos 
de fibras em cada 
camada de compósito
a) Fibras unidirecionais 
contínuas
b) Fibras descontínuas 
orientadas de modo 
aleatório
c) Fibras unidirecionais 
tecidas ortogonalmente
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Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento
ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS
A resistência será máxima 
quando as fibras estiverem 
orientadas com o esforço 
(sendo mínima na direção 
perpendicular)
Variação de propriedades com a 
orientação das fibras para uma liga de 
Titânio reforçada com fibras de Boro
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COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA
MATRIZ
Termoplásticos Termoendurec.
REFORÇO
Fibras
plásticas
Fibras
Carbono
Fibras
Vidro
Cerâmicos Metais
PET
PP
etc
EP, PF
PEEK
etc
PP
Aramid
HM
HS
E
S
SiC
Al2O3
B
Arame
COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA
MATRIZ
Termoplásticos Termoendurec.
REFORÇO
Fibras
plásticas
Fibras
Carbono
Fibras
Vidro
Cerâmicos Metais
PET
PP
etc
EP, PF
PEEK
etc
PP
Aramid
HM
HS
E
S
SiC
Al2O3
B
Arame
MATRIZ DO COMPÓSITO
Transmite os esforços mecânicos aos 
reforços(fibras), mantendo-os em 
posição, e contribuindo com alguma 
ductilidade (em geral pequena) para o 
compósito. 
REFORÇO DO COMPÓSITO
Elemento que suporta os 
esforços no compósito. É, em 
geral, de elevadas resistência e 
rigidez.
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PROPRIEDADES DA MATRIZ
Matrizes poliméricas têm em geral 
baixa resistência e baixo ponto de 
fusão
Matrizes metálicas têm maior 
resistência e maior ponto de fusão, 
mas são mais pesadas
Podem ser usadas matrizes cerâmicas 
para resistência a temperaturas 
extremamente elevadas, perdendo-se 
tenacidade
CONTROLE DE PROPRIEDADES
LIGAÇÃO FIBRA-MATRIZ
Se não houver boa aderência da 
matriz à fibra, não há distribuição 
de esforços eficiente
O coeficiente de expansão térmica 
deve ser muito semelhante entre 
fibras e matriz
FRAÇÃO EM VOLUME DE FIBRAS
Quanto maior for este valor, maior será a resistência do compósito, até um 
valor limite de 80%, a partir do qual deixa de haver “molhagem” total das 
fibras pela matriz.
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Fibras
 RAZÃO L/d DAS FIBRAS
 Quanto maior for este 
valor, maior será a 
resistência da fibra e 
consequentemente do 
compósito onde se 
insere
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A Fase Fibra
PROPRIEDADES DAS FIBRAS
Devem usar-se fibras com 
grandes resistência e rigidez 
específicas.
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Compósitos com matriz polimérica
a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras;
b) Boa aderência entre a matriz e as fibras
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COMPÓSITOS AVANÇADOS
COMPÓSITOS DE MATRIZ 
METÁLICA
Podem ser usados a temperaturas 
superiores em relação aos 
compósitos de matriz polimérica
Possuem maior resistência 
mecânica que o metal da matriz 
não reforçado
Atenua-se a vantagem das 
maiores resistência e rigidez 
específicas
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COMPÓSITOS AVANÇADOS
• COMPÓSITOS CERÂMICA-CERÂMICA
 Possuem uma maior tenacidade à fratura em relação ao cerâmico não 
reforçado;
 Usados apenas em aplicações de elevada temperatura (+ 1000ºC)
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Comparação entre as resistências específicas de materiais 
compósitos e não compósitos.
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Autoclave para produção de compósitos
Fabrico com pré-impregnados, com vácuo e em autoclave
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Tecidos Multiaxiais