Lista 12 e13 - JORCELAN PEREIRA DA ROCHA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
 CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
 
Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais 
 
12ª e 13ª lista de exercícios 
 
Data de entrega: 08/06/2021 
 
PROFESSOR: Bernardo Borges Pompeu Neto; 
 
EMAIL: pompeu@ufpa.br; 
2021.1. 
 
NOME DO ALUNO: Jorcelan Pereira da Rocha. 
 
Lista 12 e 13: Estruturas e aplicações de Polímeros 
 
1. O que são polímeros lineares e ramificados? Os termopláticos podem ser ramificados? 
 
Polímeros lineares: Os polímeros lineares são aqueles nos quais as unidades repetidas estão 
unidas entre si pelas suas extremidades em uma única cadeia. Essas longas cadeias são 
flexíveis e podem ser consideradas como se fosse uma massa de espaguete, ou seja, são 
compostos de muitos fios longos unidos, como se fossem uma corda contínua. 
 
Polímeros ramificados: Podem ser sintetizados polímeros onde cadeias ramificadas laterais 
estão ligadas às cadeias principais; esses polímeros são chamados apropriadamente de 
polímeros ramificados. As ramificações, consideradas como parte da molécula da cadeia 
principal, podem resultar de reações paralelas que ocorrem durante a síntese do polímero. 
Possuem pequenos ramos ligados à cadeia principal do polímero. Falando de forma figurada, 
seria como pequenas linhas amarradas à cadeia principal, neste caso, ao longo do comprimento 
da corda. 
 
Polímeros termoplásticos: São compostos de longos fios lineares ou ramificados. A 
desvantagem está na sensibilidade ao calor. Neste caso, a alta temperatura influi negativamente 
na estrutura do material, tornando-o pouco resistente. Em compensação, o polímero é passível 
de remoldagens, por isso, estes plásticos podem ser facilmente reciclados. 
 
2. Defina: (a) termoplásicos, (b) termofixos, (c) elastômero e (d) elastômero termoplástico. 
 
 
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(a) Termoplásticos: A resposta de um polímero à aplicação de forças mecânicas em 
temperaturas elevadas está relacionada à sua estrutura molecular dominante. Os termoplásticos 
amolecem (e eventualmente se liquefazem) quando são aquecidos e endurecem quando 
resfriados - processos que são totalmente reversíveis e que podem ser repetidos. Em uma escala 
molecular, na medida em que a temperatura é elevada, as forças de ligação secundárias 
diminuem (devido ao maior movimento das moléculas), de tal maneira que o movimento 
relativo de cadeias adjacentes é facilitado quando se aplica uma tensão. Ex: polietileno, PVC, 
poli (metacrilato de metila) 
 
(b) Termofixos: não podem ser amolecidos com o aquecimento, mantendo-se 
permanentemente rígidos com o aumento da temperatura. Cadeias com alta densidade de 
ligações cruzadas. Ex: Resinas epóxi, resinas de poliésteres. 
 
(c) Elastômero: São conhecidos como borrachas, apresentam grande elasticidade, 
voltando à forma anterior após estiramento. São elásticos porque possuem pequena quantidade 
de ligações cruzadas. Ex: borracha natural, polibutadieno, silicone. 
 
(d) Elastômero termoplástico: Os elastômeros termoplásticos (TPEs ou TEs - Thermoplastic 
Elastomers) são um tipo de material polimérico que, nas condições ambientes, exibe 
comportamento elastomérico (ou de borracha), mas que, no entanto, é de natureza 
termoplástica. Isso contrasta com a maioria dos elastômeros discutidos até o momento, que são 
termofixos, visto que adquirem ligações cruzadas durante a vulcanização. Dentre as variedades 
de TPEs, uma das mais conhecidas e mais amplamente utilizadas é um copolímero em bloco 
formado por segmentos de blocos de um termoplástico duro e rígido (em geral, o estireno [S]), 
que se alterna com segmentos de blocos de um material elástico macio e flexível (com 
frequência, o butadieno [B] ou o isopreno [I]). 
 
3. Para quais aplicações elétricas e ópticas os polímeros são usados? Justifique e dê 
exemplos. 
 
Propriedades Elétricas: Esta propriedade refere-se à capacidade e facilidade ou não de o 
polímero conduzir corrente elétrica, para poder definir algumas aplicações específicas onde 
essa propriedade se faz necessária, ou ao contrário, evitar aplicações, quando esta propriedade 
pode causar acidentes, como por exemplo no recobrimento de cabos e fios elétricos, utilizar 
materiais poliméricos com propriedades elétricas de condutividade seria um erro catastrófico. 
 
https://www.infoescola.com/fisica/corrente-eletrica/
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Já os polímeros condutores são geralmente chamados de “metais sintéticos” por possuírem 
propriedades elétricas, magnéticas e ópticas de metais e semicondutores. O polipirrol e 
polianilina, por exemplo, são utilizados na proteção de metais, como um revestimento anti-
corrosivo. No campo da medicina, os polímeros condutores podem ser usados na produção de 
músculos artificiais, biossensores e agentes de liberação controlada de drogas. 
 
Propriedades Ópticas: Estão ligadas à passagem de luz através do material, todos materiais 
poliméricos possuem capacidade de possibilitar a passagem de luz através de suas moléculas, 
contudo, existem alguns que permitem maior ou menor capacidade. Aplicações em 
envidraçamento e nas indústrias de construção civil, automotiva e de comunicações. Muito 
aplicado na fabricação de fibra óptica, lentes ópticas, placas difusoras para ecrãs de cristal 
líquido (LCDs) e substratos de discos ópticos. 
 
4. Quais são as principais vantagens dos polímeros em relação a cerâmicas, vidros e 
metais? 
 
As principais vantagens obtidas através dessa permuta de materiais em certas aplicações são a 
redução do peso, redução do custo, melhoria nas propriedades de resistência química e há uma 
redução no barulho produzido pelos componentes. Além disso, não é necessário fazer 
operações secundárias na manufatura e é possível fabricar peças com geometria complexa. 
 
5. O que significam os termos polimerização por condensação, polimerização por adição, 
iniciador e terminador? 
 
A polimerização por condensação (ou reação em estágios) consiste na formação de polímeros 
através de reações químicas intermoleculares que ocorrem passo a passo e que podem envolver 
mais do que uma espécie de monômero. Existe geralmente um subproduto com baixo peso 
molecular, tal como a água, que é eliminado (ou condensado). Nenhuma das espécies reagentes 
possui a fórmula química da unidade repetida e a reação intermolecular ocorre toda vez que 
uma unidade repetida é formada. 
 
A polimerização por adição (algumas vezes chamada de polimerização por reação em cadeia) 
é um processo pelo qual as unidades monoméricas são unidas, uma de cada vez, de modo 
semelhante a uma cadeia, para formar uma macromolécula linear. A composição da molécula 
resultante é um múltiplo exato daquela do monômero reagente original. A polimerização por 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica
https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
https://pt.wikipedia.org/wiki/LCD
https://pt.wikipedia.org/wiki/Disco_%C3%B3ptico
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adição é usada na síntese do polietileno, do polipropileno, do cloreto de polivinila e do 
poliestireno, assim como de muitos copolímeros. 
 
Iniciador: Representa o iniciador ativo e· é um elétron não emparelhado. Para que ocorra a 
ruptura da dupla ligação, utiliza-se de reagentes químicos conhecidos como iniciadores 
termicamente instáveis (I-I•) ou pode-se utilizar também radiações eletromagnéticas, os quais 
são definidos de acordo com o polímero a ser formado. 
 
Terminador: Na etapa de terminação, utiliza-se um agente terminador (T– T•) para desativar o 
sítio reativo da molécula, que pode ser uma outra cadeiaem crescimento, radical livre, solvente 
ou íon, monômero inativo, polímero inativo ou ainda alguma impureza que esteja presente no 
meio. A macromolécula ativa em crescimento une seu sítio positivo a um terminador que está 
inativo, finalizado a formação de radical livre e finalizando a reação em cadeia. 
Adição de terminadores – pode ocorre quando houver adição não equimolar dos grupos 
funcionais, facilitando o encontro entre pontas das macromoléculas com mesmo grupo 
funcional, que dificulta a polimerização. 
 
6. Faça a diferença entre polimorfismo e isomerismo? 
 
Polimorfismo ocorre quando duas ou mais estruturas cristalinas são possíveis para um material 
com uma dada composição. Isomerismo ocorre quando duas ou mais moléculas poliméricas 
ou unidades repetidas apresentam a mesma composição, porém arranjos atômicos diferentes. 
 
7. Esboce estruturas mero cis e trans para o (a) butadieno e o (b) cloropreno. 
 
(a) butadieno 
 
A estrutura do cis polibutadieno é 
 
 
 
A estrutura trans do butadieno é 
 
 (b) cloropreno 
https://www.infoescola.com/fisica/radiacao-eletromagnetica/
https://www.infoescola.com/quimica/molecula/
https://www.infoescola.com/quimica/ion/
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A estrutura cis do cloropreno é 
 
 
 
A estrutura trans do cloropreno é 
 
 
 
 
8. Explique sucintamente por que a tendência que um polímero tem para se cristalizar 
diminui em função de um aumento no peso molecular. 
 
A tendência de um polímero para cristalizar diminui com o aumento do peso molecular porque, 
à medida que as cadeias se tornam mais longas, é mais difícil para todas as regiões ao longo 
das cadeias adjacentes se alinharem de modo a produzir a matriz atômica ordenada. 
 
9. Que fatores influenciam a cristalinidade dos polímeros? Explique o desenvolvimento e 
o papel da cristalinidade no PET e no náilon 
 
A fim de poder cristalizar as cadeias de um polímero precisam ser agrupadas 
“economicamente” em três dimensões. Os fatores que influenciam a cristalinidade e a 
temperatura de fusão são: A simetria das moléculas; as forças intermoleculares; a massa molar 
e as ramificações. 
O polietileno tereftalato, ou PET, tem sua temperatura de transição vítrea em torno de 70 a 
120 ºC, e sua cristalinidade acima de 50%, características que auxiliam nas funções em que o 
polímero é empregado atualmente. 
As características físicas e mecânicas de produtos PET dependem de uma combinação de 
variáveis que inclui as características do material, sua composição, cristalinidade, orientação 
molecular decorrente do processo e tensões internas geradas durante a fabricação. Como um 
polímero cristalizável, o PET apresenta uma grande dependência de suas propriedades com as 
condições de processamento. 
Assim, de acordo com as condições de resfriamento a partir do estado fundido durante o 
processamento, o produto pode ser obtido no estado amorfo (com pouca ou nenhuma 
cristalinidade) ou no estado semicristalino. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transi%C3%A7%C3%A3o_v%C3%ADtrea
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Um dos fatores de maior importância para as propriedades físicas das poliamidas (nilon) é seu 
grau de cristalinidade. Porém, cristalinidade e absorção de água nestes polímeros andam juntas, 
muito embora em sentidos opostos, justamente em função de sua natureza higroscópica. Para 
as Poliamidas, a presença de água funciona como plastificante, separando as cadeias 
moleculares e diminuindo a cristalinidade. 
 
10. Explique os fenômenos: fluência e relaxação de tensão de polímeros? 
 
O relaxamento de tensão e a fluência (também conhecida por deslizamento e por “creep”) são 
dois fenómenos que ocorrem também com os materiais elastoméricos quando estes estão sob 
tensão, seja esta de natureza compressiva, trativa ou tangencial. Diz-se que há um relaxamento 
de tensão num artefato de borracha submetido a uma deformação constante, quando a tensão 
que mantém a borracha deformada diminui à medida que o tempo decorre. 
A fluência (deslizamento ou creep) ocorre quando um artefato de borracha, submetido a uma 
tensão constante apresenta um aumento gradual da deformação com o decorrer do tempo. 
 
11. A partir dos dados tensão-deformação para o poli(metacrilato de metila) mostrados 
na Figura 15.3, (Callister 9º ed.) determine o módulo de elasticidade e o limite de 
resistência à tração à temperatura ambiente [20°C (68°F)] e compare esses valores com 
aqueles fornecidos na Tabela 15.1 (Callister 9º ed.). 
 
 
Da Figura 15.3, o módulo de elasticidade é a inclinação na região linear elástica da curva de 20 
°C, que é: 
 
E = σ (tensão) / ε (deformação) = 30 MPa – 0 Mpa / 9x10−3 − 0 = 3,3 GPa. 
 
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 A faixa de valores citada na Tabela 15.1 é de 2,24 a 3,24 GPa. Portanto, o valor traçado 
é um pouco alto. 
 A resistência à tração corresponde à tensão na qual a curva termina, que é 52 MPa. Este 
valor está dentro da faixa citada na tabela 15.1, porquanto, é de - 48,3 a 72,4 Mpa. 
 
 
12. Descreva sucintamente, com suas próprias palavras, o fenômeno da viscoelasticidade. 
 
É um tipo de deformação que exibe as características mecânicas de escoamento viscoso e 
deformação elástica. Em temperaturas intermediárias, o polímero é um sólido com as 
características de uma borracha, que exibe características mecânicas que são uma combinação 
desses dois extremos; essa condição é denominada viscoelasticidade. 
 
13. Para os polímeros termoplásticos, cite cinco fatores que favorecem a fratura frágil. 
 
Os fatores que favorecem uma fratura frágil são uma redução na temperatura, um aumento na 
taxa de deformação, a presença de um entalhe afilado, uma maior espessura da amostra e 
qualquer modificação na estrutura do polímero que aumente a temperatura de transição vítrea. 
 
14. Explique sucintamente como e por que cada um dos seguintes fatores influencia o 
módulo em tração de um polímero semicristalino: 
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(a) Peso molecular: O módulo de tração não é diretamente influenciado pelo peso molecular 
de um polímero. 
 
(b) Grau de cristalinidade: O módulo de tração aumenta com o aumento do grau de 
cristalinidade para polímeros semicristalinos. Isto é devido à ligação intercadeia secundária 
melhorada que resulta de um maior grau de alinhamento do segmento de cadeia à medida que 
aumenta a cristalinidade percentual. Esta ligação intercadeia melhorada inibe o movimento 
intercadeia relativo. 
 
(c) Deformação por estiramento: A deformação por estiramento também aumenta o módulo 
de tração. A razão para isso é que o desenho produz uma estrutura molecular altamente 
orientada e um grau relativamente alto de ligação secundária intercadeia. 
 
(d) Recozimento de um material não deformado: Quando um polímero semicristalino 
indeformado é recozido abaixo de sua temperatura de fusão, seu módulo de tração aumenta. 
 
(e) Recozimento de um material estirado: Um polímero semicristalino desenhado que é 
recozido experimenta uma diminuição no módulo de tração como resultado de uma redução na 
cristalinidade induzida por cadeia e uma redução nas forças de ligação intercadeias. 
 
15. Explique a diferença entre a temperatura de fusão e a temperatura de transição vítrea 
de um polímero. 
 
As temperaturas de fusão e de transição vítrea são parâmetros importantes relacionados às 
aplicações em condições de serviço dos polímeros. Elas definem, respectivamente, os limites 
superior e inferior de temperatura para inúmeras aplicações, especialmente para os polímeros 
semicristalinos.Mas a principal diferença entre a temperatura de transição vítrea e a temperatura de fusão é que 
a temperatura de transição vítrea descreve a transição de um estado de vidro para um estado 
emborrachado, enquanto a temperatura de fusão descreve a transição de uma fase sólida para 
uma fase líquida.