12. 1
CAP 12 – MATERIAIS POLIMÉRICOSE COMPÓSITOS
Smith cap 7+ 13
12.2A.Simões
2006
POLÍMEROS
MATERIAIS POLIMÉRICOS:Elastómeros (borrachas): grandes deformações elásticas
Plásticos:Termoplásticos: Necessitam de calor para serem enformados. RecicláveisTermoendurecíveis: Cura química (a alta temperatura ou não). Não-recicláveis.
12.3A.Simões
2006
POLIMEROS NÃO-CRISTALINOS
PE
Ligações atómicas nas cadeiasLigações secundárias entre cadeias
(dipolo permanente)
Resistência mecânica:Ligações na cadeiaLigações entre cadeiasRamificaçãoOrganização das cadeias (emaranhado)
12.4A.Simões
2006
TERMOPLÁSTICOS
Solidificação: sólido não-cristalino ou parcialmente cristalino Tg:
temp. de transição vítreaAlteração da dependência densidade - T(glass-transition temperature)Transição frágil-dúctilEx: PE
12.5A.Simões
2006
TERMOPLÁSTICOS - Tg
Polipropileno
Termoplásticos Tg (ºC)Polietileno -110Polipropileno -18Poliacetato de vinilo 29PVC 82Poliestireno 75-100Polimetacrilato de metilo (PMMA) 72
12.6A.Simões
2006
CRISTALINIDADE PARCIAL DE TERMOPLÁSTICOS
Termoplásticos parcialmente cristalinos
Áreas cristalinas no seio de uma matriz amorfa (cristalites 5 - 50nm):
Modelos:
Micelas franjadas Cadeias dobradas
12.7A.Simões
2006
TERMOPLÁSTICOS CRISTALINOS
Modelo das cadeias dobradas (PE)
PET baixa densidade
12.8A.Simões
2006
TERMOPLÁSTICOS
PROPRIEDADES GERAIS:Baixa densidade (indústria automóvel)Baixa resistência à tracção e ao impactoBons isoladores eléctricos
12.9A.Simões
2006
POLIETILENO
Alta densidade (HDPE)
Baixa densidade (LDPE)
Linear de baixa densidade (LLDPE)
Propriedade LDPE LLDPE HDPEDensidade/ g cm-3 0,92-0,93 0,92-0,926 0,95-0,96Res. tracção / MPa 6- 17 12- 20 20- 37Alongamento (%) 550- 600 600- 800 20-120Cristalinidade (%) 65 --- 95
12.10A.Simões
2006
PE
- (CH2-CH2) n -Isolamentos eléctricos, tubagens químicas, garrafas moldadas por sopro, recipientesFilmes p/ embalagens
12.11A.Simões
2006
PVC
- (CH2-CHCl)n -
Resistência química, incluindo solventesResistência mecânicaFragilidadeBoas propriedades eléctricasUsado em geral com plastificantes ou outros aditivos
12.12A.Simões
2006
TERMOENDURECÍVEIS
Ligações covalentes cruzadas (cross-linking):Aquecimento (“termo-endurecimento”)Calor + pressãoReacção química à temperatura ambiente
Processo de curaAquecimento: amaciamento mas sem recuperação da fluidez / DegradaçãoNão- recicláveis
12.13A.Simões
2006
TERMOENDURECÍVEIS
Propriedades gerais:Elevada estabilidade térmicaRigidezEstabilidade dimensionalResistência à deformação e à fluênciaBons isoladores térmicos / eléctricosBaixa densidade
12.14A.Simões
2006
TERMOENDURECÍVEIS
Usados muitas vezes como compósito:ResinaAgente polimerizante (agente de cura)PlastificanteMaterial de reforço (fibra de vidro, celulose, serradura..)
12.15A.Simões
2006
TERMOENDURECÍVEIS
Exemplos:EpoxídicosFenólicosPoliésteresMelaminasAlquilamidas
12.16A.Simões
2006
ELASTÓMEROS
Elastómeros (borrachas): comportamento viscoelástico (*)
Borracha natural (a partir do látex)Borrachas sintéticos:
Poliisopreno sintéticoBorracha de estireno-butadienoBorrachas de nitriloPolicloropreno (neopreno)SiliconesElastómeros termoplásticos de PU
12.17A.Simões
2006
Elastómeros
(*) Viscoelasticidade: Comportamento em que há uma componente viscosa (uma tensão constante aplicada provoca uma taxa de deformação constante, tal como nos líquidos; lei de Newton) mas que em paralelo tem uma componente elástica, i.e., a interrupção da tensão aplicada conduz a uma retoma (em geral parcial) da forma original.
12.18A.Simões
2006
VULCANIZAÇÃO
12.19A.Simões
2006
DEFORMAÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
< Tg : def. elástica> Tg : def. plástica PMMA
Tg: 86- 104 ºC
12.20A.Simões
2006
DEFORMAÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
Estiramento de ligações covalentes (elástica)
Desenrolamento de cadeias lineares (elástica / plástica)
Escorregamento de cadeias com quebra de ligações dipolares (plástica)
12.21A.Simões
2006
DEFORMAÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
Resistência mecânica:Massa molecular média das cadeiasGrau de cristalizaçãoGrupo laterais volumosos (dificultam escorregamento)Átomos muito polares nas cadeias principaisO, N, S nas cadeias (aumenta rigidez)Adição de reforço
(ex: polipropileno)
12.22A.Simões
2006
AMACIAMENTO TÉRMICO
Termoplásticos:Forças de ligação entre cadeias enfraquecem. AmaciamentoQueda importante a TgTornam-se viscosos.
Termoendurecíveis:Razoável estabilidadeCarbonização
12.23A.Simões
2006
FRACTURA
Fractura:FrágilDúctilIntermédia
Termoendurecíveis sem reforço: frágil
Termoplásticos: frágil / dúctil
Velocidade de deformação baixa : + dúctil
12.24A.Simões
2006
FRACTURA FRÁGIL DEMATERIAIS POLIMÉRICOS
Energia >> quebra de ligação C-C
Concentração de tensõesAlinhamento de cadeias molecularesGrande densidade de vaziosEsfarrapamento (crazing)
12.25A.Simões
2006
FRACTURA DÚCTIL DEMATERIAIS POLIMÉRICOS
T > TgDesenrolamentoEscorregamento e alinhamento
12.26A.Simões
2006
PROCESSAMENTO DE PLÁSTICOS
MOLDAGEM por INJECÇÃOBoa qualidade e velocidade produçãoBom acabamento superficialBoa automatizaçãoAdequado a formas complicadas
Só para elevadas produçõesGrande exigência de controle
12.27A.Simões
2006
Injecção
12.28A.Simões
2006
Moldagem de plásticos
ExtrusãoMisturas de plásticosArrefecimento abaixo de Tg
Moldagem por sopro
12.29A.Simões
2006
Compósitos
C + borracha sintéticaPneus Poliéster + fibra de vidro
12.30A.Simões
2006
COMPÓSITOS
Material compósito: formado por mistura de dois ou mais micro ou macro-constituintes que diferem na forma e na composição química e que, na sua essência, são insolúveis uns nos outros.Exs: betão armado, plásticos reforçados com fibras (fibra de vidro-poliéster)Fibras:
fibras de vidro, fibras de aramido (poliamida aromática)fibras de carbono
12.31A.Simões
2006
Compósitos
Compósitos
Estruturais
Reforçados com partículas
Reforçados com fibras
Laminados
Sanduíche
12.32A.Simões
2006
Compósitos
Fibras de vidro: Elevado quociente resistência/pesoBoa estabilidade dimensionalBoa resistência ao calorBoa resistência àhumidade e à corrosãoBom isolamento eléctricoFacilidade de fabricoCusto baixo
Fibras de carbono:Baixo peso (densidade inferior à das fibras de vidro)Boa resistência mecânicaElevada rigidez (módulo elasticidade)Custo elevadoAplicações aeroespaciais
12.33A.Simões
2006
Fase dispersa - parâmetros
ConcentraçãoTamanhoFormaDispersãoorientação
12.34A.Simões
2006
Compósitos
Exemplos
12.35A.Simões
2006
Compósitos
Betão armado: cerâmico;material granular (brita e areia), ligante(cimento); armaduras de aço
Asfalto: betume; hidrocarboneto termoplástico (aglomerante), inertes (areia, gravilha).
Madeira: compósito natural
12.36A.Simões
2006
Laminados
Esqui alta competição
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