processamento de polimeros

Processamento e Caracterização de Polímeros e seus Compósitos

15 de Abril de 2013

Da Silva, Celso Júlio

Índice

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


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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


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INTRODUÇÃO

Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com desusuais combinações de

propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos

(CALLISTER, 1991). Os materiais compósitos são materiais projectados de modo a conjugar

características desejáveis de dois ou mais materiais (PADILHA, 2000).

O termo compósito se refere a materiais heterogéneos, multifásicos, podendo ser ou não

poliméricos, 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). Esses componentes não se

dissolvem nem se descaracterizam completamente, apesar disso, atuam concertadamente, e as

propriedades do conjunto são superiores às de cada componente individual, para uma

determinada aplicação. Combinações de propriedades de materiais e de suas faixas têm sido, e

ainda continuam sendo, estendidas pelo desenvolvimento de materiais compósitos

(CALLISTER, 1991).

A grande expansão no desenvolvimento e no uso dos materiais compósitos iniciou-se na década

de 1970 (PADILHA, 2000), e existe um número de compósitos que ocorrem na natureza. Por

exemplo, madeira consiste de fibras de celulose fortes e flexíveis circundadas e mantidas juntas

por um material mais rígido denominado lignina. Também, osso é um compósito da forte mas

ainda macia proteína de colagénio e do duro e frágil mineral apatita (CALLISTER, 1991).


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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, varão, tubo, perfis ou peças acabadas (RODRIGUES & MARTINS,

2005).

O processamento de materiais poliméricos-plásticos, elastómeros e compósitos, é caracterizado

por uma grande variedade de métodos ou técnicas distintas. Técnicas que envolvem a produção

contínua de um produto, basicamente tem secção transversal uniforme, que incluía extrusão, a

película de sopro e calandragem, técnicas que envolvem a formação de um polímero de formável

executadas contra uma superfície de molde, a qual envolve o revestimento e moldagem rotativa,

e, finalmente, técnicas que envolvem o enchimento completo de uma cavidade do molde, e

incluem fundição, moldagem por compressão, moldagem por transferência, moldagem por

injecção e de moldagem por injecção de reacção (SCHEY. A, 1987).

Para dar forma a um material termoplástico este deve ser aquecido de forma a ser amaciado,

adquirindo a consistência de um líquido, sendo designado nesta forma por polímero ou plástico

fundido. Nos materiais termofixos, que não polimerizam completamente antes do processamento

na forma final, utiliza-se um processo em que ocorre uma reacção química que conduz à

formação de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. A polimerização final pode ocorrer

por aplicação de calor e pressão ou por acção de um catalisador (TADMOR & GOGOS, 2006).

Os materiais poliméricos normalmente são processados em temperaturas elevadas (acima de

100oC) e geralmente com a aplicação de pressão.

DEFINIÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS

Geralmente, 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, 1991). De acordo com este

princípio de acção combinada, melhores combinações de propriedades são melhor amoldadas

pela judiciosa combinação de dois ou mais distintos materiais.


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Os materiais compósitos são também conhecidos como materiais conjugados ou materiais

compostos (PADILHA, 2000).

Um compósito polimérico, no presente contexto, é um material multifásico que é artificialmente

fabricado, em oposição a um que ocorre ou se forma naturalmente. Em adição, as fases

constituintes devem ser quimicamente dissimilares e separadas por uma distinta interface. 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,

1991).

CLASSIFICAÇÃO

Os polímeros podem ser classificados em três grupos principais:

termoplásticos. Podem ser repetidamente conformados mecanicamente desde que

reaquecidos. Portanto, não só a conformação a quente de componentes é possível, mas

também a reutilização de restos de produção, que podem ser reintroduzidos no processo

de fabricação (reciclagem).

Muitos termoplásticos são parcialmente cristalinos e alguns são totalmente amorfos. Exemplos

típicos de termoplásticos são: polietileno, policloreto de vinila (PVC), polipropileno e

poliestireno (PADILHA, 2000).

termorrígidos. São conformáveis plasticamente apenas em um estágio intermediário de

sua fabricação. O produto final é duro e não amolece mais com o aumento da

temperatura. Uma conformação plástica posterior não é portanto possível. Não são

actualmente recicláveis.

Os termorrígidos são completamente amorfos, isto é, não apresentam estrutura cristalina.

Exemplos típicos de termorrígidos são: baquelite, resinas epoxídicas, poliésteres e poliuretanos

(PADILHA, 2000).

elastómeros (borrachas). São também materiais conformáveis plasticamente, que se

alongam elasticamente de maneira acentuada até a temperatura de decomposição e

mantém estas características em baixas temperaturas.


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Os elastómeros são estruturalmente similares aos termoplásticos, isto é, eles são parcialmente

cristalinos. Exemplos típicos de elastómeros são: borracha natural, neopreno, borracha de

estireno, borracha de butila e borracha de nitrila (PADILHA, 2000).

CLASSIFICAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS

Um esquema simples para a classificação de materiais conjugados (compósitos) é mostrado na

Figura 1, que consiste de 3 principais divisões:

Compósitos reforçados por partícula, compósitos reforçados por fibra e compósitos

estruturais.

Também, existem pelo menos duas subdivisões para cada divisão. A fase dispersa para

compósitos reforçados por partícula é equiaxiada (isto é, dimensões das partículas são

aproximadamente as mesmas em todas as direcções); para compósitos reforçados por fibra, a

fase dispersa tem a geometria de uma fibra (isto é, uma grande razão comprimento-para-

diâmetro). Compósitos estruturais são combinações de compósitos e materiais homogéneos

(CALLISTER, 1991).

Figura 1. Um esquema de classificação para os vários tipos de compósitos (CALLISTER, 1991).


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COMPÓSITOS REFORÇADOS COM PARTÍCULAS

Como foi observado na Fig. 1, 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.

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. Para a maioria desses compósitos, a fase

particulada é mais dura e mais rígida do que a matriz. Essas partículas de reforço tendem a

restringir o movimento da fase matriz na vizinhança de cada partícula. Essencialmente, a matriz

transfere parte da tensão aplicada às partículas, as quais suportam uma fracção da carga. O grau

de reforço ou melhoria do comportamento mecânico depende de uma ligação forte na interface

matriz-partícula (CALLISTER, 1991).

No caso dos compósitos que têm a sua resistência aumentada por dispersão, as partículas são, em

geral, muito menores, com diâmetros entre 0,01 e 0,1 ftm (10 e 100 nm). As interacções

partícula- matriz que levam ao aumento de resistência ocorrem no nível atómico ou no nível

molecular.

COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS

Tecnologicamente, os compósitos mais importantes são aqueles em que a fase dispersa encontra-

se na forma de uma fibra. Os objectivos de projecto dos compósitos reforçados com fibras

incluem com frequência resistência e/ou rigidez alta em relação ao seu peso. Essas características

são expressas em termos dos parâmetros resistência específica e módulo específico, os quais

correspondem, respectivamente, às razões do limite de resistência à tracção em relação à

densidade relativa e ao módulo de elasticidade em relação à densidade relativa (CALLISTER,

1991).

Como foi observado para a Fig. 1, os compósitos reforçados com fibras são subclassificados de

acordo com o comprimento da fibra. No caso das fibras curtas, as fibras são muito curtas para

produzir uma melhoria significativa na resistência.


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COMPÓSITOS ESTRUTURAIS

Um compósito estrutural é composto normalmente tanto por materiais homogéneos como por

materiais compósitos, cujas propriedades dependem não somente das propriedades dos materiais

constituintes, mas também do projecto geométrico dos vários elementos estruturais. Os

compósitos laminares e os painéis em sanduíche são dois dos tipos de compósitos estruturais

mais comuns (CALLISTER, 1991).

IMPORTÂNCIA DO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS

A importância dos materiais compósitos resulta da combinação de dois ou mais materiais

diferentes, com a finalidade de produzir um material cujas propriedades sejam, em alguns

aspectos, 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, 2005).

TÉCNICAS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS

PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO

A extrusão é um processo de conformação plástica, no qual, por acção de uma tensão elevada,

um material é forçado a passar por meio de uma matriz aberta, provocando uma resolução da

secção transversal ( SMITH, 2010).

É um processo de produção caracterizado por forçar o material através de um orifício ou

ferramenta. A palavra "extrusão" vem do Latim “ex” significa força e “trudere” significa

empurrar, forçar. É um dos métodos mais importantes para produção de materiais termoplásticos

(ASKELAND, 1988). Pode-se definir, então, a extrusão como o processo de obtenção de

produtos com comprimentos ilimitados e seção transversal constante, obrigando o material a

passar através de um cabeçote sob condições de pressão e temperatura controlada.

O processo de extrusão, é basicamente, um processo de formação contínua de fluido através do

orifício de uma ferramenta adequada (die), e, subsequentemente, solidificando-a em um produto


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(produto extrudido de secção transversal constante). No caso de materiais termoplásticos, é o

material de alimentação, em forma de pó ou granulados, o mais geralmente aquecido para um

estado fluido e bombeado para dentro do molde, através de uma extrusora de parafuso, que é

então solidificado por arrefecimento depois de sair do molde (SCHEY. A, 1987).

O processamento por extrusão é realizado em um equipamento conhecido como extrusora.

Existem as extrusoras com uma única rosca e extrusoras de dupla rosca.

Figura 2. Vista de corte de uma extrusora de rosca utilizada para o processamento de materiais

poliméricos.

A extrusora é alimentada com resina através de um funil alimentador (tremonha), situado na

seção traseira. 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. A rosca comprime o polímero

através da matriz, que molda o fundido na sua forma final.

A técnica está especialmente adaptada para produzir comprimentos contínuos que possuem

geometrias de seção recta constantes como, por exemplo, bastões, tubos, canais de mangueira,

folhas finas e filamentos (CALLISTER, 1991).

ETAPAS DA EXTRUSÃO

O material moldável, polímero, é fundido;

Depois é forçado através da abertura de uma matriz ou estampo metálico;

O produto extrudado é resfriado progressivamente em água até permanecer sólido;


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O extrusado pode ser enrolado em bobinas, cortado em peças de dimensões especificadas, ou

cortado em grânulos regulares com faca rotativa.

PROCESSAMENTO POR INJECÇÃO

O processamento por injecção é um dos processos mais versáteis e modernos na área de

transformação de polímeros, que, surge como um aperfeiçoamento da tecnologia de moldagem

por transferência (RODRIGUES & MARTINS, 2005).

Este processo consiste basicamente em forçar o polímero a altas temperaturas, acima de sua

fusão e pressão, amolecido ou fundido, através de uma rosca “pistão”, para o interior da cavidade

de um molde. Após o resfriamento a peça é então extraída. A moldagem de injecção é um

processo intermitente composta por várias etapas que se repetem a cada ciclo, na qual podem ser

produzidas uma ou várias peças por vez.

É empregada quando a quantidade de peças termoplásticas a serem produzidas é de grande

quantidade e é necessária uma boa exactidão dimensional.

Figura 3. Equipamento de injecção com rosca/pistão. Adaptado de Blass, Arno (1988).

O polímero é adicionado na injectora através do funil de alimentação. A rosca gira e empurra o

polímero para a parte frontal da mesma. Enquanto a rosca gira ela recua para trás, pois precisa de

espaço à sua frente para depositar o material polimérico fundido ou amolecido e homogeneizado.

Após a deposição de uma quantidade suficiente de material depositado na parte frontal da rosca,

uma válvula presente perto do bico de injecção se abre. Neste momento, a rosca deixa de actuar


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como parafuso e actuará como se fosse um pistão, fazendo movimento para frente, empurrando

assim o material para dentro das cavidades do molde. Assim que o polímero entra através dos

canais do molde, inicia-se o processo de resfriamento do material. Depois de resfriado o material

é então extraído.

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, conforme representado na Fig. 4. Em

primeiro lugar, um parison, ou pedaço de tubo feito de polímero é extrudado. 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. A peça oca é moldada pela insuflação de ar

ou vapor sob pressão para o interior do parison, forçando as paredes do tubo a se conformarem

com os contornos do molde. Obviamente, tanto a temperatura como a viscosidade do parison

devem ser reguladas cuidadosamente (CALLISTER, 1991).


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Figura 4. Técnica de prensagem e insuflação adaptada de C.J. Phillips (CALLISTER, 1991).

PROCESSAMENTO POR COMPRESSÃO

O processo de moldagem por compressão é usado para polímeros termoendurecíveis activados.

Moldagem por compressão basicamente envolve a prensagem de uma carga de material

deformável entre as duas metades de um molde aquecido, e a sua transformação em produto

sólido sob efeito da temperatura do molde elevada.

O processo de moldagem por compressão consiste em introduzir resina termoendurecivel, que

pode ter sido ou não pré-aquecida, entre as metades abertas de um molde quente. Uma vez

fechado o molde, o calor e a pressão amolecem a resina e o plástico liquefeito é forçado a

preencher as cavidades do molde (RODRIGUES & MARTINS, 2005).

As temperaturas de moldagem por compressão são geralmente na gama de140-200˚C; pressões

dos moldes podem variar de 35 atm a 700 atm. Os custos dos materiais são geralmente pré-

aquecido para acelerar a fase de amaciamento inicial.


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Moldagem por compressão é caracterizada pelo fluxo de programa e moderada carga de material

muito viscoso para encher a cavidade, e que normalmente não é adequado para a fabricação de

peças complexas, ou partes apresentando inserções frágeis (SCHEY. A, 1987).

Figura 5. Equipamento para Moldagem por Compressão (CALLISTER, 1991).

Para uma moldagem por compressão, as quantidades apropriadas do polímero e dos aditivos

necessários, completamente misturados, são colocadas entre os membros macho e fêmea do

molde, como está ilustrado na Fig. 5. Ambas as peças do molde são aquecidas; entretanto,

somente uma dessas peças é móvel. O molde é fechado, e calor e pressão são aplicados, fazendo

com que o material plástico se torne viscoso e se ajuste à forma do molde. Antes da moldagem,

as matérias-primas podem ser misturadas e pressionadas a frio na forma de um disco, o qual é

chamado pré-conformado. O pré-aquecimento do pré-conformado reduz o tempo e a pressão de

moldagem, estende o tempo de vida útil da matriz e produz uma peça acabada mais uniforme

(CALLISTER, 1991).

PROCESSAMENTO DE TERMORRIGIDOS

Polímeros termorrígidos são aqueles que não amolecem com o aumento da temperatura e por

isso, uma vez produzidos, não podem ser ré-deformados ou reprocessados.


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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, tendo uma pequena massa molecular.

O segundo estágio, denominado "cura", pode ocorrer durante aquecimento e/ou pela

adição de catalisador, e às vezes sob pressão.

Durante a “cura” ocorrem mudanças químicas e estruturais em escala molecular, com formação

de ligações cruzadas ou reticuladas.

Termorrígidos não podem ser reciclados, não se fundem, são usáveis a temperaturas maiores do

que os termoplásticos, e são quimicamente mais inertes. Em alguns casos somente a temperatura

pode ser usada como agente de polimerização como, por exemplo, o baquelite.

Os termorrígidos podem ser processados por alguns métodos, onde se destacam a moldagem por

compressão e transferência, moldagem por injecção e por fundição.

Figura 6. Esquema de processamento de polímeros termofixos/termorrigidos.

PROCESSAMENTO DE ELASTÓMEROS

São conhecidos como borrachas, eles têm uma deformação elástica muito grande (cerca de

200%). Uma das propriedades fascinantes dos materiais elastómeros é a sua elasticidade, que se

assemelha à da borracha. Isto é, eles possuem a habilidade de serem deformados segundo níveis

de deformação muito grandes e em seguida retornarem elasticamente, tais como molas, às suas

formas originais (CALLISTER, 1991).

A deformação elástica, mediante a aplicação de uma carga de tracção, consiste em desenrolar,

destorcer e rectificar as cadeias apenas parcialmente e, como resultado, alongá-las na direcção da

tensão, um fenómeno que está representado na Fig. 7. Com a liberação da tensão, as cadeias se


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enrolam novamente de acordo com as suas conformações antes da aplicação da tensão, e a peça

macroscópica retorna à sua forma original (CALLISTER, 1991).

Figura 7. 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. ( adaptada de Z. D Jastrzebski), (CALLISTER, 1991).


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PARTE II

CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS E SEUS COMPÓSITOS

Figura 8. 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,

devido à necessidade de selecção adequada do material baseado no desempenho do sistema em

estudo. Importante na descrição dos aspectos de composição e estrutura (incluindo defeitos) dos

materiais, dentro de um contexto de relevância para um processo, produto ou propriedade em

particular (MANSUR).


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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, citaremos a que algumas

técnicas e suas aplicações.

ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO

O espectro infravermelho de polímeros é bastante simples considerando-se o grande número de

átomos envolvidos (BILLMEYE, 1984). A análise vibracional de polímeros fornece

informações sobre três importantes características estruturais: a) a composição química, b) a

estrutura configuracional e conformacional, e, c) as forças interatómicas associadas às ligações

de valência ou interacções intermoleculares.

O infravermelho é a ferramenta espectroscópica preferida na caracterização de polímeros devido

a sua praticidade (FREEMAN, 1985). As amostras podem ser preparadas de diversas maneiras

(pastilha, filme, fita, etc.). Os dados obtidos podem ser manipulados por várias técnicas como

subtracção de espectros (ALLARA, 1979), análise de factores, deconvolução espectral e podem

também ser usados quantitativamente (KOENIG & KORMOS, 1979).

A espectroscopia no infravermelho pode ser usada para identificar a presença de monómero

residual, algumas características estruturais do polímero, além de constatar a presença de

aditivos, como é o caso do filme de PVC que apresenta um estiramento característico de éster

devido ao aditivo tipo dialquilftalato usado.

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. Um feixe de raios-X incidente em um material é parcialmente

absorvido, outra parte é espalhada e o restante é transmitido sem modificação. O espalhamento

dos raios-X ocorre como um resultado da interacção com os electrões no material. Os raios-X

espalhados sofrem interferência entre si e produzem um padrão de difracção que varia com o

ângulo de espalhamento. A variação da intensidade espalhada e difractada com o ângulo dá

informações sobre a distribuição de densidade electrónica e, portanto, das posições atómicas


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dentro do material (ROE, 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). Em termos gerais, WAXS é usado para obter

informações na escala de 1 nm ou menor e SAXS na escala de 1-1000 nm (ROE, 1985).

O padrão de espalhamento de um polímero amorfo consiste somente de picos amorfos alargados

(halos), que entretanto, oferecem muitas informações úteis sobre o estado de empacotamento das

moléculas no interior do polímero amorfo (ROE, 1985). A relação de Bragg, escrita como

d sen 2. , onde é o comprimento de onda da radiação e o ângulo de máxima intensidade

de espalhamento, pode ser usada como uma boa regra prática para estimar a escala de tamanho d

da estrutura responsável pelo espalhamento. Em WAXS, o menor ângulo 2 no qual a

intensidade pode ser medida convenientemente está em torno de 6° (ROE, 1985).

Em polímeros não-cristalinos, o espaçamento médio molecular entre cadeias (<R>) em ângstrons

é calculado a partir do máximo mais intenso, através da equação.

Rsen

5

8

A largura a meia altura (HW) da banda de maior intensidade é usada para descrever a

distribuição do espaçamento médio molecular entre cadeias.

A difracção de raios-X encontra aplicação na determinação do grau de cristalinidade do

polímero. O difratograma pode ser dividido e ajustado matematicamente em duas partes: uma

amorfa e a outra cristalina. A quantificação destas áreas permite avaliar o grau de cristalinidade

de um polímero.

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).

A microscopia electrónica de transmissão é uma técnica frequentemente utilizada, pois permite

uma determinação visual do tamanho, forma e a distribuição de tamanho das partículas. A


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capacidade de determinação visual tem auxiliado na observação de formação de pontes

interpartículas, partículas de morfologias anómalas e de fracções de pequenas partículas de látex

resultantes de nucleação secundária (DUNN, 1991).

Para a obtenção de uma distribuição de tamanho das partículas por microscopia electrónica de

transmissão, que tenha significado estatístico, é necessário medir, no mínimo, 3000 partículas,

embora tratando-se de látex esféricos e relativamente mono dispersos, este número seja

normalmente bem menor, sendo comum a utilização de 150 partículas (BLAAKMEER & FLEE,

1989).

REOMETRIA

REOMETRIA CAPILAR

A reometria capilar é a técnica mais utilizada para o estudo das propriedades reológicas de

polímeros fundidos. Esta técnica mede a vazão em um tubo em função da pressão e é realizada

em um reómetro capilar (BARRA).

PRINCÍPIO DE MEDIDA DE VAZÃO POR UM REÔMETRO CAPILAR:

O polímero fundido é forçado a atravessar um orifício capilar de área transversal circular. Mede-

se a força exercida pelo pistão sobre o fluido, para que este escoe a uma velocidade constante. A

vazão do fluido também é calculada (BARRA). A Fig. 9 ilustra o reómetro capilar.

Figura 9. Esquema ilustrativo de um reómetro capilar: (A) Capilar, (B) Barril, (C) Pistão, (D)

célula de carga, Db

diâmetro no barril, e Dc é o diâmetro do capilar.


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O fluxo que ocorre em um capilar é o mesmo apresentado anteriormente, para condutos de seção

circular. No reómetro capilar é considerado que o fluxo está em regime permanente de

cisalhamento (BARRA).

ANALISE TERMOGRAVIMETRICA (TGA)

A analise termogravimétrica mede a mudança de peso de uma amostra em função do tempo ou

temperatura. A amostra é colocada em uma microbalança, que por sua vez e inserida dentro de

um forno. Estabelece-se um programa de aquecimento, a uma taxa predeterminada, e a variação

de peso da amostra e detectada. Durante o aquecimento a amostra pode sofrer reacções que

liberam gases. Para evitar que estes gases retornem e se condensem na parte electrónica do

aparelho, e necessário realizar uma purga do sistema, com ar sintético para ensaios realizados em

atmosfera oxidante e com nitrogénio gasoso para ensaios realizados em atmosfera inerte.

TESTE DE PROPRIEDADES MECÂNICAS

(tensile testibg: Youngs modulus, Stress at yield, Elongation at break)

As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos mesmos

parâmetros usados para os metais, isto é, o módulo de elasticidade, o limite de resistência à

tracção e as resistências ao impacto e à fadiga (CALLISTER, 1991).

ENSAIO DE TRACÇÃO (Tensile Testing)

O ensaio de tracção consiste, basicamente, em se traccionar um corpo de prova de seção recta

rectangular ou circular até a sua ruptura.

São encontrados três tipos de comportamento tensão de formação tipicamente diferentes nos

materiais poliméricos, como está representado na Fig. 10. A curva A ilustra o comportamento

tensão-deformação apresentado por um polímero frágil, mostrando que este sofre fractura

enquanto se deforma elasticamente. O comportamento apresentado pelo material plástico, curva

B, é semelhante àquele encontrado para muitos materiais metálicos; a deformação inicial é

elástica, a qual é seguida por escoamento e por uma região de deformação plástica.


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Figura 10. Comportamento tensão-deformação para polímeros frágeis (CALLISTER, 1991).

MODULO DE YOUNG (Youngs modulus)

Dependendo do tipo de carga representada pelo diagrama de tensão-deformação, o módulo de

elasticidade pode ser relatado como: módulo de elasticidade compressivo (ou módulo de

elasticidade em compressão); módulo de elasticidade flexural (ou módulo de elasticidade em

flexão); módulo de elasticidade de cisalhamento (ou módulo de elasticidade em cisalhamento);

módulo de elasticidade de tracção (ou módulo de elasticidade em tensão); ou módulo de

elasticidade de torção (ou módulo de elasticidade em torção). O módulo de elasticidade pode ser

determinado por meio de testes dinâmicos, onde ele pode ser derivado do módulo complexo. O

módulo usado sozinho geralmente refere-se ao módulo de elasticidade de tracção. O módulo de

cisalhamento quase sempre é igual ao módulo de torção e ambos são chamados de módulo de

rigidez. O módulo de elasticidade em tensão e compressão são aproximadamente iguais e são

conhecidos como módulo de Young. O módulo de rigidez relaciona-se ao módulo de Young por

meio da equação:

Onde:

E é o módulo de Young (psi), G é o módulo de rigidez (psi) e r é o coeficiente de Poisson. O

módulo de elasticidade também é chamado de módulo elástico e coeficiente de elasticidade


15 de Abril de 2013


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processamento de polimeros

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