Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013Índice INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 3 PARTE I ...................................................................................................................................... 4 PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ............................................ 4 DEFINIÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS ................................................................... 4 CLASSIFICAÇÃO ..................................................................................................................... 5 CLASSIFICAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS ......................................................... 6 COMPÓSITOS REFORÇADOS COM PARTÍCULAS ............................................................ 7 COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS ....................................................................... 7 COMPÓSITOS ESTRUTURAIS ............................................................................................... 8 IMPORTÂNCIA DO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ........ 8 TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ................. 8 PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO ................................................................................... 8 PROCESSAMENTO POR INJECÇÃO ................................................................................... 10 PROCESSAMENTO POR INSUFLAÇÃO ............................................................................. 11 PROCESSAMENTO POR COMPRESSÃO ............................................................................ 12 PROCESSAMENTO DE TERMORRIGIDOS ........................................................................ 13 PROCESSAMENTO DE ELASTÓMEROS ............................................................................ 14 PARTE II................................................................................................................................... 16 CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS ........................................ 16 IMPORTÂNCIA DA CARACTERIZAÇÃO E MÉTODOS INSTRUMENTAIS UTILIZADOS ........................................................................................................................... 16 TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS ..................................................... 17 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO ....................................................................... 17 Da Silva, Celso Júlio Page 1 Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (XRD) ........................................................................................... 17 MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISSÃO (TEM) ........................................... 18 REOMETRIA............................................................................................................................ 19 ANALISE TERMOGRAVIMETRICA (TGA) ........................................................................ 20 TESTE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS ......................................................................... 20 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 22 Da Silva, Celso Júlio Page 2 2000). madeira consiste de fibras de celulose fortes e flexíveis circundadas e mantidas juntas por um material mais rígido denominado lignina. cerâmicas e materiais poliméricos (CALLISTER.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 INTRODUÇÃO Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com desusuais combinações de propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas. Combinações de propriedades de materiais e de suas faixas têm sido. 1991). e ainda continuam sendo. A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos materiais compósitos iniciou-se na década de 1970 (PADILHA. O termo compósito se refere a materiais heterogéneos. Por exemplo. apesar disso. osso é um compósito da forte mas ainda macia proteína de colagénio e do duro e frágil mineral apatita (CALLISTER. podendo ser ou não poliméricos. 1991). Os materiais compósitos são materiais projectados de modo a conjugar características desejáveis de dois ou mais materiais (PADILHA. atuam concertadamente. e existe um número de compósitos que ocorrem na natureza. para uma determinada aplicação. em que um dos componentes é descontínuo e dá a principal resistência ao esforço (componente estrutural ou reforço) e o outro componente é contínuo e representa o meio de transferência desse esforço (componente matricial ou matriz). Da Silva. Esses componentes não se dissolvem nem se descaracterizam completamente. e as propriedades do conjunto são superiores às de cada componente individual. 1991). multifásicos. estendidas pelo desenvolvimento de materiais compósitos (CALLISTER. 2000). Também. Celso Júlio Page 3 . que incluía extrusão. tubo. basicamente tem secção transversal uniforme. moldagem por compressão. De acordo com este princípio de acção combinada. Os materiais poliméricos normalmente são processados em temperaturas elevadas (acima de 100oC) e geralmente com a aplicação de pressão. 1991). Técnicas que envolvem a produção contínua de um produto. Para dar forma a um material termoplástico este deve ser aquecido de forma a ser amaciado. Da Silva. A. adquirindo a consistência de um líquido. técnicas que envolvem a formação de um polímero de formável executadas contra uma superfície de molde. finalmente. um compósito é considerado como sendo qualquer material multifásico que exibe uma significativa proporção de propriedades de ambas as fases constituintes de tal maneira que uma melhor combinação de propriedades é realizada (CALLISTER. sendo designado nesta forma por polímero ou plástico fundido. moldagem por injecção e de moldagem por injecção de reacção (SCHEY. é caracterizado por uma grande variedade de métodos ou técnicas distintas. varão. perfis ou peças acabadas (RODRIGUES & MARTINS. A polimerização final pode ocorrer por aplicação de calor e pressão ou por acção de um catalisador (TADMOR & GOGOS. e. Celso Júlio Page 4 . O processamento de materiais poliméricos-plásticos. elastómeros e compósitos. DEFINIÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS Geralmente. a película de sopro e calandragem. e incluem fundição. melhores combinações de propriedades são melhor amoldadas pela judiciosa combinação de dois ou mais distintos materiais. que não polimerizam completamente antes do processamento na forma final. 2005). moldagem por transferência. 1987). 2006). técnicas que envolvem o enchimento completo de uma cavidade do molde. a qual envolve o revestimento e moldagem rotativa.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 PARTE I PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS O processamento de polímeros consiste na transformação dos granulados e das paletes de plásticos em folha fina. utiliza-se um processo em que ocorre uma reacção química que conduz à formação de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. Nos materiais termofixos. Muitos termoplásticos são parcialmente cristalinos e alguns são totalmente amorfos. não apresentam estrutura cristalina. que podem ser reintroduzidos no processo de fabricação (reciclagem). 2000). Uma conformação plástica posterior não é portanto possível. no presente contexto. São conformáveis plasticamente apenas em um estágio intermediário de sua fabricação. 2000). Da Silva. Um compósito polimérico. CLASSIFICAÇÃO Os polímeros podem ser classificados em três grupos principais: termoplásticos. termorrígidos. Podem ser repetidamente conformados mecanicamente desde que reaquecidos. 1991). é um material multifásico que é artificialmente fabricado. resinas epoxídicas. poliésteres e poliuretanos (PADILHA. Não são actualmente recicláveis. policloreto de vinila (PVC). Os termorrígidos são completamente amorfos. Celso Júlio Page 5 . não só a conformação a quente de componentes é possível. Em adição. Exemplos típicos de termorrígidos são: baquelite. São também materiais conformáveis plasticamente. mas também a reutilização de restos de produção. Assim a maioria das ligas metálicas e muitas cerâmicas não se ajustam a esta definição porque suas múltiplas fases são formadas como uma consequência de fenómenos naturais (CALLISTER. isto é. em oposição a um que ocorre ou se forma naturalmente. Exemplos típicos de termoplásticos são: polietileno. as fases constituintes devem ser quimicamente dissimilares e separadas por uma distinta interface. polipropileno e poliestireno (PADILHA. 2000). Portanto.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Os materiais compósitos são também conhecidos como materiais conjugados ou materiais compostos (PADILHA. que se alongam elasticamente de maneira acentuada até a temperatura de decomposição e mantém estas características em baixas temperaturas. O produto final é duro e não amolece mais com o aumento da temperatura. elastómeros (borrachas). a fase dispersa tem a geometria de uma fibra (isto é. 1991). Também. para compósitos reforçados por fibra. Figura 1. existem pelo menos duas subdivisões para cada divisão. Celso Júlio Page 6 . eles são parcialmente cristalinos. neopreno. dimensões das partículas são aproximadamente as mesmas em todas as direcções). compósitos reforçados por fibra e compósitos estruturais. que consiste de 3 principais divisões: Compósitos reforçados por partícula. A fase dispersa para compósitos reforçados por partícula é equiaxiada (isto é. Exemplos típicos de elastómeros são: borracha natural. Compósitos estruturais são combinações de compósitos e materiais homogéneos (CALLISTER. 2000). Um esquema de classificação para os vários tipos de compósitos (CALLISTER. borracha de butila e borracha de nitrila (PADILHA. borracha de estireno. uma grande razão comprimento-paradiâmetro). Da Silva. 1991). isto é.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Os elastómeros são estruturalmente similares aos termoplásticos. CLASSIFICAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS Um esquema simples para a classificação de materiais conjugados (compósitos) é mostrado na Figura 1. 1. O termo "grande" é usado para indicar que as interacções partícula-matriz não podem ser tratadas no nível ou ponto de vista atómico ou molecular. Essas partículas de reforço tendem a restringir o movimento da fase matriz na vizinhança de cada partícula. as quais suportam uma fracção da carga. as fibras são muito curtas para produzir uma melhoria significativa na resistência. com diâmetros entre 0. Celso Júlio Page 7 . às razões do limite de resistência à tracção em relação à densidade relativa e ao módulo de elasticidade em relação à densidade relativa (CALLISTER. os compósitos com partículas grandes e os compósitos reforçados por dispersão são as duas subclassificações dos compósitos reforçados com partículas. A distinção entre essas subclassificações está baseada no mecanismo do reforço ou aumento da resistência. 1. as partículas são. em geral. Essencialmente. muito menores. Como foi observado para a Fig. respectivamente. a matriz transfere parte da tensão aplicada às partículas. As interacções partícula. O grau de reforço ou melhoria do comportamento mecânico depende de uma ligação forte na interface matriz-partícula (CALLISTER. No caso das fibras curtas.matriz que levam ao aumento de resistência ocorrem no nível atómico ou no nível molecular. Da Silva. Para a maioria desses compósitos. os compósitos reforçados com fibras são subclassificados de acordo com o comprimento da fibra. a fase particulada é mais dura e mais rígida do que a matriz.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 COMPÓSITOS REFORÇADOS COM PARTÍCULAS Como foi observado na Fig. os compósitos mais importantes são aqueles em que a fase dispersa encontrase na forma de uma fibra. 1991).1 ftm (10 e 100 nm). os quais correspondem. Essas características são expressas em termos dos parâmetros resistência específica e módulo específico. COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS Tecnologicamente. Os objectivos de projecto dos compósitos reforçados com fibras incluem com frequência resistência e/ou rigidez alta em relação ao seu peso. No caso dos compósitos que têm a sua resistência aumentada por dispersão. 1991).01 e 0. A palavra "extrusão" vem do Latim “ex” significa força e “trudere” significa empurrar. no qual.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 COMPÓSITOS ESTRUTURAIS Um compósito estrutural é composto normalmente tanto por materiais homogéneos como por materiais compósitos. TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO A extrusão é um processo de conformação plástica. obrigando o material a passar através de um cabeçote sob condições de pressão e temperatura controlada. IMPORTÂNCIA DO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS A importância dos materiais compósitos resulta da combinação de dois ou mais materiais diferentes. cujas propriedades dependem não somente das propriedades dos materiais constituintes. a extrusão como o processo de obtenção de produtos com comprimentos ilimitados e seção transversal constante. forçar. um material é forçado a passar por meio de uma matriz aberta. superiores as propriedades individuas das matérias que o constituem. As propriedades físicas e mecânicas dos matérias compósitos são extremamente influenciadas pelas percentagens relativas dos seus componentes elementares e pelo modo como esses compostos estão dispostos entre si (RODRIGUES & MARTINS. É um processo de produção caracterizado por forçar o material através de um orifício ou ferramenta. por acção de uma tensão elevada. é basicamente. 2010). Celso Júlio Page 8 . com a finalidade de produzir um material cujas propriedades sejam. um processo de formação contínua de fluido através do orifício de uma ferramenta adequada (die). Os compósitos laminares e os painéis em sanduíche são dois dos tipos de compósitos estruturais mais comuns (CALLISTER. O processo de extrusão. então. mas também do projecto geométrico dos vários elementos estruturais. 1991). 2005). Pode-se definir. 1988). provocando uma resolução da secção transversal ( SMITH. em alguns aspectos. e. solidificando-a em um produto Da Silva. subsequentemente. É um dos métodos mais importantes para produção de materiais termoplásticos (ASKELAND. folhas finas e filamentos (CALLISTER. A. Existem as extrusoras com uma única rosca e extrusoras de dupla rosca. Figura 2. polímero. através de uma extrusora de parafuso. A resina é transportada ao longo do cilindro pelo movimento de rotação da rosca. As resinas são fundidas gradativamente pelo contacto com a parede aquecida do cilindro e o calor gerado pelo cisalhamento da massa entre a rosca e o cilindro. que é então solidificado por arrefecimento depois de sair do molde (SCHEY. Celso Júlio Page 9 . em forma de pó ou granulados. que molda o fundido na sua forma final. o mais geralmente aquecido para um estado fluido e bombeado para dentro do molde. Vista de corte de uma extrusora de rosca utilizada para o processamento de materiais poliméricos. é fundido. por exemplo. situado na seção traseira. No caso de materiais termoplásticos.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 (produto extrudido de secção transversal constante). 1987). ETAPAS DA EXTRUSÃO O material moldável. O processamento por extrusão é realizado em um equipamento conhecido como extrusora. bastões. Da Silva. A extrusora é alimentada com resina através de um funil alimentador (tremonha). A técnica está especialmente adaptada para produzir comprimentos contínuos que possuem geometrias de seção recta constantes como. Depois é forçado através da abertura de uma matriz ou estampo metálico. canais de mangueira. O produto extrudado é resfriado progressivamente em água até permanecer sólido. 1991). é o material de alimentação. tubos. A rosca comprime o polímero através da matriz. Adaptado de Blass. uma válvula presente perto do bico de injecção se abre. A moldagem de injecção é um processo intermitente composta por várias etapas que se repetem a cada ciclo. PROCESSAMENTO POR INJECÇÃO O processamento por injecção é um dos processos mais versáteis e modernos na área de transformação de polímeros. para o interior da cavidade de um molde. Celso Júlio Page 10 . através de uma rosca “pistão”. A rosca gira e empurra o polímero para a parte frontal da mesma. Enquanto a rosca gira ela recua para trás. na qual podem ser produzidas uma ou várias peças por vez. ou cortado em grânulos regulares com faca rotativa. Neste momento. cortado em peças de dimensões especificadas. Após o resfriamento a peça é então extraída. acima de sua fusão e pressão. amolecido ou fundido. Figura 3. Após a deposição de uma quantidade suficiente de material depositado na parte frontal da rosca. que. É empregada quando a quantidade de peças termoplásticas a serem produzidas é de grande quantidade e é necessária uma boa exactidão dimensional. Arno (1988). 2005). Este processo consiste basicamente em forçar o polímero a altas temperaturas. Equipamento de injecção com rosca/pistão. surge como um aperfeiçoamento da tecnologia de moldagem por transferência (RODRIGUES & MARTINS. a rosca deixa de actuar Da Silva. O polímero é adicionado na injectora através do funil de alimentação. pois precisa de espaço à sua frente para depositar o material polimérico fundido ou amolecido e homogeneizado.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 O extrusado pode ser enrolado em bobinas. ou pedaço de tubo feito de polímero é extrudado. conforme representado na Fig. 4. Assim que o polímero entra através dos canais do molde. Em primeiro lugar. Depois de resfriado o material é então extraído. Celso Júlio Page 11 . um parison. ETAPAS DA INJECÇÃO Aquecimento e fusão da resina Homogeneização do material fundido Injecção do extrudado no interior da cavidade do molde Resfriamento e solidificação do material na cavidade Ejecção da peça moldada PROCESSAMENTO POR INSUFLAÇÃO O processo de moldagem por insuflação para a fabricação de recipientes de plástico é semelhante àquele usado para a insuflação de garrafas de vidro. tanto a temperatura como a viscosidade do parison devem ser reguladas cuidadosamente (CALLISTER. Obviamente. A peça oca é moldada pela insuflação de ar ou vapor sob pressão para o interior do parison. 1991). fazendo movimento para frente. Da Silva. Enquanto este ainda se encontra em seu estado semifendido. o parison é colocado em uni molde em duas peças que possui a configuração desejada para o recipiente. forçando as paredes do tubo a se conformarem com os contornos do molde.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 como parafuso e actuará como se fosse um pistão. inicia-se o processo de resfriamento do material. empurrando assim o material para dentro das cavidades do molde. As temperaturas de moldagem por compressão são geralmente na gama de140-200˚C. Técnica de prensagem e insuflação adaptada de C. O processo de moldagem por compressão consiste em introduzir resina termoendurecivel. que pode ter sido ou não pré-aquecida.J. Celso Júlio Page 12 . Da Silva. 2005). Phillips (CALLISTER. pressões dos moldes podem variar de 35 atm a 700 atm. Uma vez fechado o molde.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Figura 4. Os custos dos materiais são geralmente préaquecido para acelerar a fase de amaciamento inicial. Moldagem por compressão basicamente envolve a prensagem de uma carga de material deformável entre as duas metades de um molde aquecido. entre as metades abertas de um molde quente. PROCESSAMENTO POR COMPRESSÃO O processo de moldagem por compressão é usado para polímeros termoendurecíveis activados. o calor e a pressão amolecem a resina e o plástico liquefeito é forçado a preencher as cavidades do molde (RODRIGUES & MARTINS. 1991). e a sua transformação em produto sólido sob efeito da temperatura do molde elevada. somente uma dessas peças é móvel. completamente misturados. Ambas as peças do molde são aquecidas. são colocadas entre os membros macho e fêmea do molde. entretanto. PROCESSAMENTO DE TERMORRIGIDOS Polímeros termorrígidos são aqueles que não amolecem com o aumento da temperatura e por isso. e que normalmente não é adequado para a fabricação de peças complexas. uma vez produzidos. Da Silva. Figura 5. fazendo com que o material plástico se torne viscoso e se ajuste à forma do molde. O molde é fechado. como está ilustrado na Fig.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Moldagem por compressão é caracterizada pelo fluxo de programa e moderada carga de material muito viscoso para encher a cavidade. 1991). Celso Júlio Page 13 . Para uma moldagem por compressão. Antes da moldagem. A. estende o tempo de vida útil da matriz e produz uma peça acabada mais uniforme (CALLISTER. o qual é chamado pré-conformado. O pré-aquecimento do pré-conformado reduz o tempo e a pressão de moldagem. Equipamento para Moldagem por Compressão (CALLISTER. e calor e pressão são aplicados. não podem ser ré-deformados ou reprocessados. as quantidades apropriadas do polímero e dos aditivos necessários. 1987). 1991). as matérias-primas podem ser misturadas e pressionadas a frio na forma de um disco. 5. ou partes apresentando inserções frágeis (SCHEY. às suas formas originais (CALLISTER. A deformação elástica. como resultado. com formação de ligações cruzadas ou reticuladas.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 A fabricação dos termorrígidos é ordinariamente realizada em dois estágios: Primeiro vem a preparação de um polímero linear (às vezes denominado pré-polímero) como um líquido. que se assemelha à da borracha. consiste em desenrolar. um fenómeno que está representado na Fig. 1991). tendo uma pequena massa molecular. Uma das propriedades fascinantes dos materiais elastómeros é a sua elasticidade. eles têm uma deformação elástica muito grande (cerca de 200%). Termorrígidos não podem ser reciclados. eles possuem a habilidade de serem deformados segundo níveis de deformação muito grandes e em seguida retornarem elasticamente. alongá-las na direcção da tensão. Isto é. 7. o baquelite. moldagem por injecção e por fundição. destorcer e rectificar as cadeias apenas parcialmente e. são usáveis a temperaturas maiores do que os termoplásticos. as cadeias se Da Silva. Durante a “cura” ocorrem mudanças químicas e estruturais em escala molecular. e são quimicamente mais inertes. por exemplo. mediante a aplicação de uma carga de tracção. denominado "cura". PROCESSAMENTO DE ELASTÓMEROS São conhecidos como borrachas. O segundo estágio. Celso Júlio Page 14 . Os termorrígidos podem ser processados por alguns métodos. Com a liberação da tensão. Figura 6. Em alguns casos somente a temperatura pode ser usada como agente de polimerização como. e às vezes sob pressão. não se fundem. pode ocorrer durante aquecimento e/ou pela adição de catalisador. tais como molas. Esquema de processamento de polímeros termofixos/termorrigidos. onde se destacam a moldagem por compressão e transferência. ( adaptada de Z. e a peça macroscópica retorna à sua forma original (CALLISTER. 1991). D Jastrzebski). Da Silva. Celso Júlio Page 15 . Figura 7. 1991). (CALLISTER. Representação esquemática de molécula de cadeias de polímeros com ligações cruzadas (a) em um estado sem torsões e (b) durante a deformação elástica em resposta á aplicação de uma tensão de tracção.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 enrolam novamente de acordo com as suas conformações antes da aplicação da tensão. devido à necessidade de selecção adequada do material baseado no desempenho do sistema em estudo. Fluxograma da caracterização de polímeros IMPORTÂNCIA DA CARACTERIZAÇÃO E MÉTODOS INSTRUMENTAIS UTILIZADOS A importância da caracterização de polímeros e seus compósitos reside no crescente interesse. Importante na descrição dos aspectos de composição e estrutura (incluindo defeitos) dos materiais. produto ou propriedade em particular (MANSUR).Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 PARTE II CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS Figura 8. dentro de um contexto de relevância para um processo. Da Silva. Celso Júlio Page 16 . Celso Júlio . O espalhamento dos raios-X ocorre como um resultado da interacção com os electrões no material. deconvolução espectral e podem também ser usados quantitativamente (KOENIG & KORMOS. A análise vibracional de polímeros fornece informações sobre três importantes características estruturais: a) a composição química. Um feixe de raios-X incidente em um material é parcialmente absorvido. além de constatar a presença de aditivos. fita. citaremos a que algumas técnicas e suas aplicações. Os dados obtidos podem ser manipulados por várias técnicas como subtracção de espectros (ALLARA. e. análise de factores. outra parte é espalhada e o restante é transmitido sem modificação. As amostras podem ser preparadas de diversas maneiras (pastilha. algumas características estruturais do polímero.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS Não seria exagero afirmar que todas as técnicas de caracterização são aplicáveis aos polímeros e aos materiais poliméricos deles derivados. Para ilustrar esta afirmação. 1979). DIFRAÇÃO DE RAIOS-X (XRD) O método de espalhamento de raios-X é uma das técnicas mais antigas e mais usadas no estudo da caracterização dos polímeros por ser uma técnica capaz de identificar os diversos estados de ordenamento da matéria. portanto. 1979). A espectroscopia no infravermelho pode ser usada para identificar a presença de monómero residual. filme. 1985). como é o caso do filme de PVC que apresenta um estiramento característico de éster devido ao aditivo tipo dialquilftalato usado. O infravermelho é a ferramenta espectroscópica preferida na caracterização de polímeros devido a sua praticidade (FREEMAN. A variação da intensidade espalhada e difractada com o ângulo dá informações sobre a distribuição de densidade electrónica e. etc. b) a estrutura configuracional e conformacional. das posições atómicas Page 17 Da Silva. 1984). c) as forças interatómicas associadas às ligações de valência ou interacções intermoleculares.). ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO O espectro infravermelho de polímeros é bastante simples considerando-se o grande número de átomos envolvidos (BILLMEYE. Os raios-X espalhados sofrem interferência entre si e produzem um padrão de difracção que varia com o ângulo de espalhamento. onde é o comprimento de onda da radiação e o ângulo de máxima intensidade de espalhamento. 1985). 1985). A relação de Bragg. MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISSÃO (TEM) O tamanho das partículas de látex é comummente medido por técnicas de espalhamento de luz e por microscopia electrónica de transmissão (TEM = Transmission Electron Microscope). pode ser usada como uma boa regra prática para estimar a escala de tamanho d da estrutura responsável pelo espalhamento. forma e a distribuição de tamanho das partículas. o espaçamento médio molecular entre cadeias (<R>) em ângstrons é calculado a partir do máximo mais intenso. pois permite uma determinação visual do tamanho. 1985). oferecem muitas informações úteis sobre o estado de empacotamento das moléculas no interior do polímero amorfo (ROE. que entretanto. R 5 8 sen A largura a meia altura (HW) da banda de maior intensidade é usada para descrever a distribuição do espaçamento médio molecular entre cadeias. WAXS é usado para obter informações na escala de 1 nm ou menor e SAXS na escala de 1-1000 nm (ROE. Em termos gerais. escrita como d 2. 1985). As técnicas de espalhamento de raios-X mais comuns são o espalhamento de raios-X de ângulo largo (WAXS = wide-angle X-ray scattering) e espalhamento de raios-X de ângulo pequeno (SAXS = small-angle X-ray scattering). A microscopia electrónica de transmissão é uma técnica frequentemente utilizada. Em WAXS. A difracção de raios-X encontra aplicação na determinação do grau de cristalinidade do polímero.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 dentro do material (ROE. Em polímeros não-cristalinos. o menor ângulo 2 no qual a intensidade pode ser medida convenientemente está em torno de 6° (ROE.sen . A Da Silva. Celso Júlio Page 18 . através da equação. O padrão de espalhamento de um polímero amorfo consiste somente de picos amorfos alargados (halos). A quantificação destas áreas permite avaliar o grau de cristalinidade de um polímero. O difratograma pode ser dividido e ajustado matematicamente em duas partes: uma amorfa e a outra cristalina. é necessário medir. REOMETRIA REOMETRIA CAPILAR A reometria capilar é a técnica mais utilizada para o estudo das propriedades reológicas de polímeros fundidos. PRINCÍPIO DE MEDIDA DE VAZÃO POR UM REÔMETRO CAPILAR: O polímero fundido é forçado a atravessar um orifício capilar de área transversal circular.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 capacidade de determinação visual tem auxiliado na observação de formação de pontes interpartículas. Celso Júlio Page 19 . Para a obtenção de uma distribuição de tamanho das partículas por microscopia electrónica de transmissão. Medese a força exercida pelo pistão sobre o fluido. sendo comum a utilização de 150 partículas (BLAAKMEER & FLEE. 1991). 9 ilustra o reómetro capilar. A Fig. b c Da Silva. partículas de morfologias anómalas e de fracções de pequenas partículas de látex resultantes de nucleação secundária (DUNN. 3000 partículas. no mínimo. Esquema ilustrativo de um reómetro capilar: (A) Capilar. Figura 9. 1989). que tenha significado estatístico. A vazão do fluido também é calculada (BARRA). Esta técnica mede a vazão em um tubo em função da pressão e é realizada em um reómetro capilar (BARRA). para que este escoe a uma velocidade constante. D diâmetro no barril. (C) Pistão. e D é o diâmetro do capilar. este número seja normalmente bem menor. (D) célula de carga. (B) Barril. embora tratando-se de látex esféricos e relativamente mono dispersos. O comportamento apresentado pelo material plástico. o módulo de elasticidade. e necessário realizar uma purga do sistema. em se traccionar um corpo de prova de seção recta rectangular ou circular até a sua ruptura. com ar sintético para ensaios realizados em atmosfera oxidante e com nitrogénio gasoso para ensaios realizados em atmosfera inerte. a qual é seguida por escoamento e por uma região de deformação plástica. Durante o aquecimento a amostra pode sofrer reacções que liberam gases. como está representado na Fig. e a variação de peso da amostra e detectada.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 O fluxo que ocorre em um capilar é o mesmo apresentado anteriormente. TESTE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS (tensile testibg: Youngs modulus. ANALISE TERMOGRAVIMETRICA (TGA) A analise termogravimétrica mede a mudança de peso de uma amostra em função do tempo ou temperatura. A curva A ilustra o comportamento tensão-deformação apresentado por um polímero frágil. a deformação inicial é elástica. ENSAIO DE TRACÇÃO (Tensile Testing) O ensaio de tracção consiste. curva B. 10. São encontrados três tipos de comportamento tensão de formação tipicamente diferentes nos materiais poliméricos. que por sua vez e inserida dentro de um forno. A amostra é colocada em uma microbalança. isto é. Estabelece-se um programa de aquecimento. é semelhante àquele encontrado para muitos materiais metálicos. basicamente. 1991). Celso Júlio Page 20 . o limite de resistência à tracção e as resistências ao impacto e à fadiga (CALLISTER. para condutos de seção circular. a uma taxa predeterminada. mostrando que este sofre fractura enquanto se deforma elasticamente. Stress at yield. No reómetro capilar é considerado que o fluxo está em regime permanente de cisalhamento (BARRA). Para evitar que estes gases retornem e se condensem na parte electrónica do aparelho. Elongation at break) As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos mesmos parâmetros usados para os metais. Da Silva. Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Figura 10. MODULO DE YOUNG (Youngs modulus) Dependendo do tipo de carga representada pelo diagrama de tensão-deformação. Celso Júlio Page 21 . onde ele pode ser derivado do módulo complexo. O módulo de elasticidade em tensão e compressão são aproximadamente iguais e são conhecidos como módulo de Young. Comportamento tensão-deformação para polímeros frágeis (CALLISTER. O módulo de cisalhamento quase sempre é igual ao módulo de torção e ambos são chamados de módulo de rigidez. O módulo de elasticidade pode ser determinado por meio de testes dinâmicos. módulo de elasticidade de cisalhamento (ou módulo de elasticidade em cisalhamento). O módulo de rigidez relaciona-se ao módulo de Young por meio da equação: Onde: E é o módulo de Young (psi). o módulo de elasticidade pode ser relatado como: módulo de elasticidade compressivo (ou módulo de elasticidade em compressão). módulo de elasticidade de tracção (ou módulo de elasticidade em tensão). O módulo de elasticidade também é chamado de módulo elástico e coeficiente de elasticidade Da Silva. 1991). O módulo usado sozinho geralmente refere-se ao módulo de elasticidade de tracção. G é o módulo de rigidez (psi) e r é o coeficiente de Poisson. módulo de elasticidade flexural (ou módulo de elasticidade em flexão). ou módulo de elasticidade de torção (ou módulo de elasticidade em torção). Processamento de Polímeros. (1994).65. México. 5th Edition. L. New York.) John Wiley & Sons. W. pp358-361 (1979). pdf de engenharia “microestrutura e propriedades” Da Silva.17. materiais editota hemus. 2nd Ed. (2010) “Fundamentos de engenharia e Ciência dos Materiais” 5ª edição. espanha. Escolar Editora. In: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. pradeep P. Nova York. ciência de los polímeros. editorial reverte. L. Applied Spectroscopy. Rodrigues. W. Costa G. vol. CALLISTER JR. John A. Florianópolis. John Wiley & Sons. J. I. Askeland. (1987) Introduction to Manufacturing Processes. SMITH. Allara. (1979) Quantitative infrared spectroscopic measurements of mixtures without external calibration. WILLIAM D. Celso Júlio Page 22 . Gogos (2006) Principles of Polymer Processing. Fred. (1975). Freeman. John Wiley & Sons. William F. McGraw-Hill. Lisboa pp16-27. Ângelo Fernando Padilha (2000). 2 edição. Donald R. 3. volume I. pp349-350. R. second edition. Nova York. John Wiley & Sons. (1991) Problems of emulsions polymerization. (1988). vol. Javad HASHEMI. Materials science and engineering. Universidade Federal de Santa Catarina. Applied Spectroscopy. Martins. (1985) Characterization of polymers. Kroschwitz (Ed. Zehev Tadmor. Koenig e D. D. (1985) X-ray diffraction. Nova York. In: Encyclopedia of Polimer Science and Herman Sander Mansur. pp50-54. McGraw Hill. Schey. editora da UFSC. Phulé (1988) Ciência e Engenieria de los Materiales.). Kormos.J. Dunn. Arno Blass. Engineering. (1979) Infrared spectra of polymer mixtures-problems caused by dispersion effects in difference spectra. S. Jacqueline I. Tecnologia Mecânica “Tecnologia de deformação plástica. Kroschwitz (Ed.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 BIBLIOGRAFIA A. cuarta edición. Jorge. Brasil pp18-21. Técnicas de Caracterização de Materiais Capitulo 7. Paulo (2005). Roe. J. Billmeyer. Journal of Oil and Colour Chemist Association. Jr. Celso Júlio Page 23 . apostila de processos 4. Pdf .com.Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos 15 de Abril de 2013 Guilherme barra.instron. parte 1: fundamentos de reologia de materiais poliméricos.br/wa/glossary/Modulus-of-Elasticity.aspx. acesso em 16 de Abril de 2013 pelas 10:59PM Da Silva. EMC 5744. http://www.