Lista de Exercícios Polímeros 1 - propriedades térmicas e mecânicas

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Lista de Exercícios – Questões Polímeros 1 
 
1) Quais são as temperaturas que podem ou não trazer mobilidade para as cadeias 
poliméricas? Comente sobre cada uma delas. 
 Temperatura de transição vítrea (Tg) – Essa temperatura é um valor médio da faixa de 
temperatura que durante o aquecimento do material polimérico de um temperatura muito 
baixa para valores de temperatura mais altos, permite que as cadeias poliméricas da fase 
amorfa adquiram mobilidade, ou seja, adquira possibilidade de mudança de conformação. 
 Temperatura de fusão cristalina (Tm) – Essa temperatura é o valor médio da faixa de 
temperatura, em que, durante o aumento de temperatura desaparecem as regiões cristalinas 
com a fusão dos cristalitos. Neste momento a energia do sistema atinge um nível onde 
consegue vencer as forças intermolecurares secundárias entre as cadeias da fase cristalinas, 
destruindo a estrutura regular de empacotamento. 
 
2) As temperaturas de transição características apresentam alguma relação termodinâmica? 
Se sim, justifique-as. 
 Sim, a Tg trata-se de uma transição termodinâmica de segunda ordem, isto é que afeta 
as variáveis termodinâmicas secundárias, alterando propriedades como módulo de 
elasticidade, coeficiente de expansão, índice de refração, calor específico, etc. Já a Tm trata-se 
de uma transição termodinâmica de primeira ordem, afetando variáveis como, volume 
específico, entalpia, etc. 
 
3) O que ocorre com as cadeias poliméricas em cada temperatura característica, em relação 
como tal material polimérico pode se comportar? 
 A Tg vai influenciar na mobilidade na fase amorfa, ou seja, nas cadeias que não estão 
ordenadas, se essa temperatura é baixa as cadeias não irão ter energia interna suficiente para 
mobilidade, logo apresentarão uma estrutura rígida e quebradiça por conta da estrutura 
enovelada. Em contrapartida, se a Tg aumenta, as cadeias adquirem maior mobilidade para se 
organizar, consequentemente o material vai possuir um comportamento mais flexível e 
elástico. 
No aumento da Tm, haverá energia suficiente para destruir as forças intermoleculares 
secundárias entre as cadeias da fase cristalina, modificando assim, a estrutura regular de 
empacotamento, essa parte cristalina se transforma numa estrutura amorfa (mudança de um 
estado borrachoso para viscoso, fundido). 
 
4) Quais são as diferenças entre polímeros termoplásticos e termorrígidos (termofixos) em 
termos do comportamento desses materiais frente à temperatura, tipos de ligações químicas 
intermoleculares e suas temperaturas características. 
 Termoplásticos – São polímeros que ao receber um aumento susbstancial de 
temperatura e marginal de pressão, amolecem e fluem e ao se retirar essas solicitações se 
solidificam na forma do molde. Se novas houver novas solicitações de temperatura e pressão, 
o processo reinicia, portanto é reciclável. Possui cadeias lineares ou ramificadas, estrutura 
bidimensional e ligações covalentes. 
 Termorrígidos – São polímeros que ao receber um aumento sustancial de temperatura 
e marginal de pressão amolecem e fluem, adquirindo a forma do molde, reagem formando 
ligações cruzadas entre as cadeias e solidificam. Se houver novas solicitações de temperatura e 
pressão, não haverá influência, pois são materias insolúveis, infusíveis e não-recicláveis. 
Possuem estrutura tridimensional e ligações cruzadas. 
 
5) O que você espera em poder extrair de informações fazendo uma análise térmica dos 
polímeros termoplásticos e termorrígidos. 
 A temperatura de transição vítrea vai influenciar totalmente no aspecto do material 
que vai ser obtido. Caso ela seja baixa, entende-se que a mobilidade das cadeias é alta o que 
resulta num polímero mais flexível. 
 
6) Cite os principais fatores que afetam a Tg e Tm? E descreve ao menos dois desses fatores. 
 Simetria; Rigidez/flexibilidade da cadeia principal; Polaridade; Efeito estérico do grupo 
lateral; Isomeria; Copolimerização; Massa molar; Ramificações; Plastificantes na forma líquida; 
Sólidos de baixa massa molar. 
Rigidez/flexibilidade da cadeia principal: Quanto mais grupamentos rígidos dentro da 
cadeia principal, mais rígida será a mesma, fazendo com que os valores da Tg e Tm aumentem. 
Já se huver elementos que causem flexibilidade na cadeia, os valores de Tg e Tm serão 
menores. 
Polaridade: A existência de grupos polares nas macromoléculas tende a aproximar as 
cadeias entre si, aumentando as forças secundárias, dessa forma a presença de polaridade 
aumenta a Tg e Tm. 
 
7) O que é a estrutura amorfa (ou vítrea) de polímeros? Como acontece pode ocorrer 
processo de transição vítrea de polímeros? 
 É a parte dos polímeros com cadeias desordenadas e enoveladas que dão um aspecto 
rígido e quebradiço ao material. A transição vítrea acontece quando as moléculas adquirem 
energia para se movimentar, ou seja, adquirem possibilidade de mudança de conformação. 
 
8) Como podem ser caracterizadas as propriedades mecânicas dos polímeros? 
 As propriedades mecânicas dos polímeros podem ser caracterizadas pelo modo como 
estes materiais respondem às solicitações mecânicas aplicadas, podendo estas ser do tipo 
tensão ou deformação. A natureza desta resposta depende da estrutura química, temperatura, 
tempo e das condições de processamento do polímero. 
 
9) Quais as principais propriedades mecânicas em polímeros? Descreva ao menos quatro 
propriedades e suas normas ou especificações. 
Módulo de elasticidade (propriedades elásticas) – norma: ASTM D-412 
Limite de resistência a tração – norma: NBR-8515 
Resistência ao rasgo – norma: ASTM D-3574 e ASTM D-624 
Resiliência – norma: ASTM D-3574 Espumas 
Resistência ao impacto; 
Resistência a fadiga; 
 
10) Cite quais são os fatores que influenciam no comportamento mecânicos dos polímeros? 
Disserte ao menos quatro fatores. 
 Estrutura química; Cristalinidade; Massa molar; Plastificante, água e/ou monômero 
residual; Copolimerização; Fibras para reforçamento; Elastômeros para tenacificação. 
 Estrutura química: A influência da estrutura química no comportamento mecânico 
pode ser obtida a partir do conhecimento da Tg e Tm. Se a temperatura ambiente estiver 
abaixo da Tg, é esperado que o polímero tenha um módulo elástico na faixa entre 1 a 10 Gpa e 
se a temperatura ambiente estiver acima da Tg e o polímero for amorfo, este se comportará 
como uma borracha, com módulo elástico na faixa de 1 a 10 Mpa. O aumento de grupos 
laterais da cadeia principal tende a diminuir a Tg e Tm. 
Cristalinidade: À medida que o grau de cristalinidade de um polímero cresce, o módulo 
elástico, a resistência ao escomento e a dureza também aumentam. Qualquer variação no 
procedimento de preparação (processamento) ou de pós-tratamento, tais como, resfriamento 
lento ou subsequente tratamento térmico, que proporcione acréscimo na densidade e na 
cristalinidade, também aumentará o módulo e a rigidez do polímero. 
Plastificante, água e/ou monômero residual: Em muitos casos, plastificantes são 
adicionados à formulação de um polímero para reduzir a dureza no produto acabado, 
alterando seu comportamento mecânico. Em polímeros como náilons, poliuretanas e plásticos 
à base de celulose, a presença de água absorvida pode melhorar as propriedades mecânicas. 
Fibras para reforçamento: Considerando-se que a distribuição de esforços ou tensões 
em uma matriz polimérica é uniforme em todos os seus pontos, a presença de um segunda 
fase dispersa nessa matriz também sentirá a solicitação aplicada nesse conjunto. Se o módulo 
de elasticidade dessa segnda fase for maior que a matriz, o resultado final será um aumento na 
elasticidade e a resistência ao escoamento ou ruptura.