Polímeros de Engenharia

1. Polímeros de Engenharia EMI – Engenharia Mecânica 1º. Sem/2011 Luis Carlos Resnauer 2011/1

2. Polímeros – Introdução Macromoléculas constituídas por varias unidades repetitivas Do grego: Poli = muitas Mero = unidade Luis Carlos Resnauer 2011/1

3. Polímeros – Classificação • Quanto à sua origem • Naturais PHB - polihidroxibutirato produzido por microorganismos • Sintéticos PE, PP, PET, PC, nylon produzidos por reações químicas a partir de derivados de petróleo Luis Carlos Resnauer 2011/1

4. Polímeros – Classificação • Quanto ao comportamento térmico Termoplásticos – quando aquecidos amolecem e se solidificam quando removido o aquecimento Elastômeros – apresentam cadeias flexíveis quimicamente ligadas umas às outras Termofixos – apresentam ligações cruzadas, que impedem seu amolecimento quando aquecidos Luis Carlos Resnauer 2011/1

5. Polímeros – Classificação Termoplásticos Elastômeros Termofixos Luis Carlos Resnauer 2011/1

6. Polímeros – Classificação • Quanto à estrutura química • Poliolefinas – PE, PP, EPDM • Polímeros clorados - PVC Luis Carlos Resnauer 2011/1

7. Polímeros – Classificação • Quanto à estrutura química • Poliéteres – poliacetal (ligação O–C–O) • Polésteres – PET (ligação CO–O) Luis Carlos Resnauer 2011/1

8. Polímeros – Classificação • Quanto à estrutura química • Polamidas – nylon 6, 66, 11, 12, ... • Poliuretanos – PU (ligação NH–CO–O) Luis Carlos Resnauer 2011/1

9. Polímeros – Classificação • Quanto ao seu uso/custo Commodities – uso geral, produzidos em grandes quantidades, baixo custo Plásticos de Engenharia – usos específicos, produzidos em menores quantidades, custo elevado Plásticos Avançados – uso altamente especializado, produzido conforme demanda, custo extremamente elevado Luis Carlos Resnauer 2011/1

10. Polímeros – Classificação CUSTO DESEMPENHO Luis Carlos Resnauer 2011/1

11. Polímeros – Classificação • Quanto à morfologia Amorfo– as moléculas estão orientadas aleatoriamente e elas estão entrelaçadas Cristalino– as moléculas apresentam empacotamento regular e ordenado em determinadas regiões Luis Carlos Resnauer 2011/1

12. Polímeros – Classificação entrelaçamentos (enroscos) Amorfo Cristalino Luis Carlos Resnauer 2011/1

13. Polímeros – Estrutura molecular • Cristalitos Domínios Cristalinos (cristalitos) muito menores que cristais reais de cerâmicas e metais cristalito região amorfa Miscela Franjada Luis Carlos Resnauer 2011/1

14. Polímeros – Estrutura molecular • Esferulitos Luis Carlos Resnauer 2011/1

15. Polímeros – Estrutura molecular Fatores que afetam a cristalinidade • Fatores estruturais – estrutura química • Linearidade da cadeia • Grupos laterais • Polaridade • Fatores externos • Impurezas ou aditivos • Segunda fase Luis Carlos Resnauer 2011/1

16. Comportamento térmico • Temperaturas características • Temperatura de Transição Vítrea (Tg) Temperatura acima da qual há movimentação das cadeias da fase amorfa. • Abaixo de Tg o polímero se apresenta duro, rígido e quebradiço • Acima de Tg o polímero encontra-se no estado borrachoso Luis Carlos Resnauer 2011/1

17. Comportamento Térmico Luis Carlos Resnauer 2011/1

18. Comportamento Térmico • Temperatura de fusão (Tm) Temperatura acima da qual desaparecem as regiões cristalinas pela fusão dos cristalitos • Temperatura de cristalização (Tc) Temperatura abaixo da qual começam a aparecer as regiões cristalinas com a formação dos cristalitos Luis Carlos Resnauer 2011/1

19. Comportamento Mecânico Viscoelasticidade É o fenômeno pelo qual o polímero apresenta características de um fluido e de um sólido ao mesmo tempo Luis Carlos Resnauer 2011/1

20. Comportamento Mecânico Influência dos parâmetros no comportamento mecânico • Estrutura química – presença de grupos laterais • Cristalinidade – aumento na cristalinidade produz aumento nas propriedades mecânicas • Massa molar – aumenta resistência na ruptura, não afeta tensão de escoamento e módulo de Young • Plastificantes– afeta grandemente as propriedades mecânicas (água e monômeros residuais agem como platificantes) Luis Carlos Resnauer 2011/1

21. Plásticos de Engenharia Luis Carlos Resnauer 2011/1

22. Plásticos de Engenharia Características • Módulo de elasticidade elevado • Boa resistência ao impacto • Boa resistência à tração • Estabilidade dimensional a alta temperatura • Resistência a degradação térmica e oxidação • Temperatura de distorção térmica >100 ºC • Módulo de elasticidade > 20.000 kgf/cm2 • Resistência à tração > 500 kgf/cm2 Luis Carlos Resnauer 2011/1

23. Polietileno de ultra alto peso molecular (PEAUPM ou UHMWPE) • PEAD – linear – 200.000 a 500.000 g/gmol • PEAUPM – 3 a 6 milhões g/gmol • Uso: fibras de alto desempenho (substituição do Kevlar) • Alta resistência à abrasão • Inércia química • Baixíssimo coeficiente de atrito • A altíssima viscosidade impede processamento por processo convencionais (extrusão, injeção) Luis Carlos Resnauer 2011/1

24. Poliacetal – POM • Derivados de formaldeído ou de trioxano • Cristalinidade de cerca de 75% • Temperatura de fusão = 170 ºC • Uso: substituição de metais em peças automobilísticas (carcaça de bombas, engrenagens) • Estabilidade dimensional • Resistência à corrosão, desgaste e abrasão • Alta resistência química Luis Carlos Resnauer 2011/1

25. Poliamidas 6 e 6.6 • Excelentes propriedades mecânicas • Ótima resistência química à maioria dos solventes • Uso: industria automotiva, elétrica e eletrônica • Desvantages: absorção de água (em altas temperaturas provoca degradação) baixa resistência a ácidos • Alta resistência à fadiga • Boa resistência à impacto • Boa resistência química a hidrocarbonetos alifáticos (ex.: gasolina) Luis Carlos Resnauer 2011/1

26. Poliamidas - Tipos Luis Carlos Resnauer 2011/1

27. Poliamidas - Propriedades Luis Carlos Resnauer 2011/1

28. Poliamidas Aromáticas - Poliaramidas • Possuem anéis aromáticos na sua estrutura. Ex.: Kevlar, Nomex Apresentam: • Alta resistência à tração • Resistência ao impacto • Estabilidade dimensional • Resistência ao calor • Resistência química Luis Carlos Resnauer 2011/1

29. Policarbonato • Alta transparência • Altíssima resistência ao impacto • Grande resistência ao calor • Propriedades mecânicas constantes para a faixa de temperatura de -10 a 130 ºC • Usos: indústria eletro-eletrônica (CD, DVD), mamadeiras, garrafas Luis Carlos Resnauer 2011/1

30. Outros plásticos de engenharia • Poliimidas (PI) • Estabilidade térmica > 500 ºC • Alta resistência mecânica e química • Policetonas – poliétercetona (PEK) e poliéter-étercetona (PEEK) • Boa resistência à hidrólise • Alta resistência a raios X, raios gama e beta Luis Carlos Resnauer 2011/1

31. Outros plásticos de engenharia • Polissulfona (PSU) • Alta estabilidade térmica • Bom isolante elétrico • Poliarilato (PAR) • Boa estabilidade dimensional • Excelentes propriedades dielétricas • Alta resistência mecânica Luis Carlos Resnauer 2011/1

32. Outros plásticos de engenharia • Polissulfeto de fenileno (PPS) • Alta estabilidade térmica – longo tempo a até 200 ºC • Excepcional resistência química • Auto-extinguível • Características dielétricas e isolantes • Alto módulo de flexão e resistência à fluência • Queima com baixa geração de fumaça • Baixa absorção de umidade (0,01%) Luis Carlos Resnauer 2011/1

33. Polímeros - Utilização Luis Carlos Resnauer 2011/1

34. Luis Carlos Resnauer 2011/1

35. Luis Carlos Resnauer 2011/1

36. Luis Carlos Resnauer 2011/1

37. Polímeros - Processamento Termoplásticos • Extrusão • Injeção • Termoformagem Termofixos • Compressão/cura • Moldagem por Injeção e Reação (RIM) Luis Carlos Resnauer 2011/1

38. Polímeros - Processamento Extrusão Luis Carlos Resnauer 2011/1

39. Polímeros - Processamento Injeção Luis Carlos Resnauer 2011/1

40. Polímeros - Reciclagem Luis Carlos Resnauer 2011/1

41. Polímeros - Reciclagem Luis Carlos Resnauer 2011/1