Características, Aplicações e Processamento de Polímeros

Características, Aplicações e Processamento de Polímeros

Características Mecânicas e Termomecânicas

-Comportamento Tensão-Deformação

São encontrados 3 tipos de comportamento tipicamente diferentes nos materiais poliméricos.

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A curva A ilustra o comportamento de um polímero frágil, mostrando que este sofre fratura enquanto se deforma elasticamente. A curva B refere-se ao material plástico. A deformação inicial é elástica, a qual é seguida por escoamento e por uma região de deformação plástica. A curva C, típica da borracha, é totalmente elástica. Grandes deformações recuperáveis são produzidas, mesmo sob pequenos níveis de tensão. Refere-se aos elastômeros.

No caso dos polímeros plásticos o limite de escoamento é tomado como sendo um valor máximo na curva, o que ocorre imediatamente após o término da região elástica linear, a tensão nesse ponto máximo é o limite de escoamento. O limite de resistência à tração corresponde ao nível de tensão onde a fratura ocorre.

Ademais, as características mecânicas dos polímeros são muito sensíveis a mudanças de temperaturas. Por exemplo, no caso do polimetil metacrilato a várias temperatuas: o aumento da temperatura produz uma diminuição no módulo de elasticidade, uma redução no módulo de elasticidade, uma redução do limite de resistênciaà tração e uma melhora na ductilidade.

Em geral, uma diminuição da taxa de deformação apresenta a mesma influência sobre as características tensão-deformação que um aumento da temperatura, isto é, o polímero se torna mais mole e ductil.

Fatores que influenciam as propriedades mecânicas dos materiais

• Aumento da temperatura e a diminuição da taxa de deformação resultam na diminuição do módulo de tração, redução do limite de tração e melhora da ductilidade.
• Aumento do peso molecular aumenta o limite de resistência à tração.
• Aumento do grau de cristalinidade aumenta o módulo de tração significativamente, bem como sua resistência. Porém, o material tende a se tornar mais frágil.

-Estiramento

É uma das técnicas mais importantes utilizadas para aprimorar a resistência mecânica e o módulo de tração. Consiste em se deformar o polímero permanentementeem tração. É uma técnica importante de enrijecimento e aumento de resistência. Durante o estiramento, as cadeias moleculares deslizam umas sobre as outras tornando-se altamente orientadas. O grau de aumento dependerá do nível de deformação.

 Para um polímero amorfo que tenha sido estirado a uma temperatura elevada, a estrutura molecular orientada é retida somente quando o material é resfriado rapidamente até a temperatura ambiente.

-Tratamento térmico

O tratamento térmico (ou recozimento) leva a modificações no tamanho e na perfeição dos cristalitos, bem como na estrutura esferulita. Para materiais que não foram estirados e são submetidos à tratamentos térmicos com temperatura constante, o aumento da temperatura de recozimento leva ao seguinte:

1. Aumento do módulo de tração.
2. Aumento do limite de escoamento.
3. Redução da ductilidade.

Para algumas fibras submetidas ao estiramento a influência do recozimento sobre o módulo de tração é contrário, ou seja, diminui em função de um aumento na temperatura de recozimento, devido a uma perdade orientação da cadeia e a uma cristalinidade induzida por deformação.

Cristalinização

É o processo segundo o qual, mediante resfriamento, uma fase sólida ordenada (isto é, cristalina) é produzida a partir de um líquido fundido com estrutura molecular altamente  aleatória. Ocorre através dos processos de nucleação e de crescimento.

Fusão

É a transformação de um material sólido, contendo uma estrutura ordenada de cadeias moleculares alinhadas, em um líquido visco, com estrutura altamente aleatória. Acontece através do aquecimento à temperatura de fusão (Tf). Quanto mais grossas forem as lamelas maior será a temperatura de fusão. O aumento da taxa de aquecimento resulta em uma elevação na temperatura de fusão.

Um aumento na estrutura lamelar pode ser induzido pelo recozimento a uma temperatura imediatamente inferior à temperatura de fusão. O recozimento também eleva a temperatura de fusão de um polímero.

Transição Vítrea

Ocorre em polímeros amorfos ou semicristalinos. Com o resfriamento, a transição vítrea corresponde a uma transformação gradual de um líquido em um material com as características de uma borracha e, finalmente em um sólido rígido.

• As temperaturas de fusão e transição vítrea são parâmetros importantes em relação às aplicações de serviço dos polímeros. Elas definem, respectivamente, os limites de temperatura superior e inferior para numerosas aplicações.

-Fatores que influenciam as temperaturas de fusão e transição vítrea

Durante a fusão ocorre um rearranjo das moléculas na transformação de um estado molecular ordenado para um estado molecular aleatório. A química e a estrutura molecular afetam a habilidade ads moléculas de fazer o rearranjo, afetando a temperatura de fusão. A rigidez da cadeia, a presença de ligações duplas e presença de grupos aromáticos , além do tamanho e o tipo dos grupos laterais volumosos ou grandes são fatores que afetam diretamente a temperatura de fusão, uma vez que restringem a rotação molecular.

O peso molecular também afeta a temperatura de fusão. Para pesos relativamente baixos o aumentodo comprimento da cadeia aumenta a Tf. Uma vez introduzidas ramificações laterais, introduzimos defeitos no material cristalino reduzindo a temperatura de fusão.

Mediante o aquecimento através da temperatura de transição vítrea, o polímero amorfo sólidose transforma de um estado rígido para um estado de borracha. De maneira correspondente, as moléculas que estão virtualmente congeladas nas suas posições a uma temperatura abaixo da Tv começam a experimentar movimentos de rotação e translação a temperaturas acima da Tv. A flexibilidade da cadeia é reduzida e o valor da Tv aumentado pelos seguintes fatores:

1. A presença de grupos laterais volumosos.
2. Átomos laterais polares ou grupos de átomos.
3. Ligações duplas na cadeia, as quais tendem a enrijecer a cadeia molecular principal.

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Polímeros termoplásticos

Polímeros termoplásticos amolecem quando são aquecidos (e por fim se liquefazem) e endurecem quando são resfriados, processos que são totalmente reversíveis e podem ser repetidos. Esses materiais são fabricados normalmente pela aplicação simultânea de calor e pressão. Em nível molecular, à medida que a temperatura é elevada as forças de ligação secun-dárias são diminuídas (devido ao aumento do movimento mole-cular), de modo tal que o movimento relativo de cadeias adja-centes é facilitado quando uma tensão é aplicada. Uma degrada-ção irreversível resulta quando a temperatura de um polímero termoplástico fundido é aumentada ao ponto em que as vibra-ções moleculares se tornam violentas o suficiente para quebrar as ligações covalentes principais. Além disso, os termoplásticos são relativamente moles e dúcteis. A maioria dos polímeros li-neares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis são termoplásticos.