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RESUMO MATERIAIS E CORROSÃO
AULA 9 – POLÍMEROS
São sintetizados a partir dos monômeros; Unidades repetidas: são moléculas estruturais que se repetem sucessivamente ao longo da cadeia; Um homopolímero é formado quando todas as unidades repetidas ao longo da cadeia são do mesmo tipo; As cadeias podem ser compostas por duas ou mais unidades repetidas diferentes, formando um copolímero; A funcionalidade é o número de ligações que um dado monômero pode formar (ex: bifuncional – forma duas ligações covalentes); Por serem cadeias muito longas possuem um elevado PM; O tamanho médio de uma cadeia polimérica pode ser expresso pelo grau de polimerização, que leva em consideração os PM de frações da cadeia, em relação ao PM da unidade repetida; A T de fusão ou de amolecimento aumenta com o aumento do PM; As características mecânicas e térmicas são uma função da habilidade dos segmentos da cadeia em sofrer rotação em resposta a tensões aplicadas ou a vibrações térmicas; A flexibilidade rotacional depende da estrutura e da formulação química da unidade repetida, por exemplo, a região de um segmento de cadeia que tem uma ligação dupla é mais rígida para rotações; POLÍMEROS LINEARES: são aqueles nos quais as unidades repetidas estão unidas entre si extremidade a extremidade em cadeias únicas; essas longas cadeias são flexíveis; POLÍMEROS RAMIFICADOS: as cadeias de ramificações laterais estão ligadas às cadeias principais; POLÍMEROS COM LIGAÇÕES CRUZADAS: cadeias lineares adjacentes estão unidas umas às outras em várias posições por meio de ligações covalentes; POLÍMEROS EM REDE: monômeros multifuncionais com três ou mais ligações covalentes ativas formam redes tridimensionais; Configurações moleculares: Configuração “cabeça-a-cauda”: grupos R estão ligados em átomos de carbono alternados; Configuração “cabeça-a-cabeça”: grupos R estão ligados a átomos de carbono adjacentes;
Estereoisomerismo: configuração “cabeça-a-cauda”; Isomerismo geométrico: configurações cis e trans; POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS: amolecem quando aquecidos, e endurecem quando resfriados (esses processos são reversíveis); são macios; ex: polímeros lineares e ramificados de cadeias flexíveis; POLÍMEROS TERMOFIXOS: são polímeros em rede (apresentam ligações cruzadas covalentes entre as cadeias moleculares adjacentes); se tornam permanentemente rígidos durante sua formação e não amolecem quando aquecidos; mais duros e resistentes que os termoplásticos; quando aquecidos até uma T excessiva as ligações são quebradas e o polímero é degradado; COPOLÍMEROS: são sintéticos; em substituição aos homopolímeros; Aleatório: as duas unidades diferentes estão dispersas aleatoriamente ao longo da cadeia; Alternado: as duas unidades repetidas alternam posições ao longo da cadeia; Em bloco: as unidades repetidas idênticas ficam aglomeradas, em blocos, ao longo da cadeia; Enxertado ou externado: formam ramificações laterais na cadeia polimérica; CRISTALINIDADE: compactação de cadeias moleculares para produzir um arranjo atômico ordenado; qualquer desordem ou falta de alinhamento na cadeia resultará em um material amorfo; CRISTAIS POLIMÉRICOS: Cristalitos: polímeros semicristalinos de pequenas regiões cristalinas; Esferulita: agregado de cristalitos com cadeias dobradas em formato de fita; DEFEITOS: incluem lacunas, átomos e íons intersticiais que ocorrem nas regiões cristalinas; DIFUSÃO: as pequenas moléculas de substâncias externas difundem – se entre as cadeias moleculares por um mecanismo do tipo intersticial, de um vazio para um vazio adjacente; AULA 10 – POLÍMEROS: CARACTERÍSTICAS, APLICAÇÕES E PROCESSAMENTO COMPORTAMENTO TENSÃO – DEFORMAÇÃO
Dureza: representa a resistência de um material a riscos, penetração e assim por diante; O tratamento térmico aumenta a rigidez e resistência, porém diminui a ductilidade; Quanto mais cristalino for o polímero maior será sua resistência; DEFORMAÇÃO DE ELASTÔMEROS: elasticidade semelhante à de uma borracha, ou seja, podem sofrer grandes deformações e retornarem elasticamente a sua forma original; Resultado da presença de ligações cruzadas; Em um estado sem tensões o elastômero será amorfo e composto por cadeias moleculares com ligações cruzadas que são altamente torcidas, dobradas e espiraladas; A deformação elástica, mediante a aplicação de uma carga de tração, é simplesmente o desenovelamento, desdobramento e alinhamento parcial e o resultante alongamento da cadeia; O processo no qual ocorre à formação das ligações cruzadas é chamado de VULCANIZAÇÃO, esse processo é realizado por uma reação química irreversível, conduzida a T elevada; Melhora o módulo de elasticidade e o limite de resistência a tração; TRANSFORMAÇÕES: CRISTALIZAÇÃO: ocorre por processos de nucleação e crescimento; as moléculas com orientação aleatória na fase líquida transformam – se em cristalitos com estruturas ordenadas e alinhadas; FUSÃO: corresponde a transformação de um material sólido que tem uma estrutura ordenada de cadeias moleculares alinhadas em um líquido viscoso onde a estrutura é altamente aleatória; TRANSIÇÃO VITREA: ocorre em polímeros amorfos e semicristalinos, e é devida a redução no movimento de grandes seguimentos das cadeias moleculares, causada pela diminuição da T; As magnitudes de TF e TV aumentam com o aumento da rigidez da cadeia; A rigidez é aumentada pela presença de duplas ligações e grupos laterais polares; Para massas molares baixas, TF e TV aumentam com o aumento do PM; TIPOS:
PLÁSTICOS: possuem alguma rigidez estrutural quando submetidos a uma carga; alguns são muito rígidos e frágeis; outros são flexíveis e exibem tanto deformações elásticas quanto plásticas quando submetidos a tensões; podem ser termoplásticos ou termofixos; ELASTÔMEROS: dependem do grau de vulcanização; mais importante
- SBR (sintético); FIBRAS: quando em uso, podem ser submetidas a inúmeras deformações mecânicas (estiramento, torção, cisalhamento e abrasão); devem possuir um limite de resistência a tração e módulo de elasticidade elevados, além de serem resistentes a abrasão; APLICAÇÕES: REVESTIMENTOS: proteger o material, melhorar a aparência e proporcionar isolamento elétrico; ex: látex, tintas, vernizes, esmaltes, lacas e gomas; ADESIVOS: une as superfícies de dois materiais sólidos; ex: poliuretana, polissiloxanos (silicones), epóxis, poliimidas, acrílicos e materiais a base de borracha; FILMES: geralmente filmes finos; usados como sacos para embalagens de produtos; possui baixa massa específica, alto grau de flexibilidade, limite de resistência a tração e ao rasgamento; são resistentes ao ataque pela umidade e por produtos químicos; ex: polietileno, polipropileno, celofane e acetato de celulose; ESPUMAS: contém uma % volumétrica elevada de pequenos poros e bolhas de gás aprisionadas; ex: poliuretano, borracha, poliestireno e cloreto de polivinila; usadas como almofadas em automóveis e mobílias, assim como em embalagens e isolamento térmico; MATERIAIS AVANÇADOS: POLIETILENO DE ULTRA-ALTA MASSA MOLAR: nome comercial – Spectra; Características: resistência extremamente alta ao impacto; resistência excepcional ao desgaste e à abrasão; coeficiente de atrito muito baixo; superfícies autolubrificante e não aderente; resistência química muito boa aos solventes; excelentes propriedades a baixas temperaturas; amortecimento acústico e absorção de energia; isolante elétrico e propriedades dielétricas;
É qualquer material multifásico que exibe uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases constituintes; Princípio da ação combinada: equilíbrio e melhores combinações possíveis; Combinação entre metais, cerâmicas e polímeros; Constituídos por duas fases, uma matriz (base, em maior concentração) e outra dispersa (melhora as características); REFORÇADOS COM PARTÍCULAS: CERMETOS (carbeto cimentado): cerâmica + metal; CONCRETO: cimento portland + asfaltico; CONCRETO ARMADO: cimento portland + metal; REFORÇADOS COM FIBRAS: são importantes devido as propriedades da fibra e o seu comprimento; alta resistência e rigidez; melhoram as propriedades quando a distribuição das fibras é uniforme (não precisa ser organizada); Whiskers: monocristais extremamente resistentes com diâmetros muito pequenos; Fibras: polímeros ou cerâmicas que podem ser amorfos ou policristalinos; Arames: metais de ligas com diâmetros grandes; OBS: os reforços são classificados de acordo com a matriz (polimérica, cerâmica ou metálica); FASE MATRIZ: une as fibras e transmite uma carga aplicada externamente às fibras; protege as fibras individuais contra danos superficiais; previne a propagação de trincas de fibra para fibra; COM MATRIZ POLIMÉRICA: a fase matriz é uma resina polimérica com fibras como reforço; são os mais empregados; Reforçados com fibras de vidro, carbono e aramida; PROCESSO WINDING: Vantagens: rápido e econômico; o teor de resina pode ser controlado de acordo da necessidade; o custo da fibra é minimizado; propriedades estruturais boas; produtos com baixo peso e boa resistência; COM MATRIZ METÁLICA: a matriz é um metal dúctil; podem ser utilizados em temperaturas mais elevadas; o reforço pode melhorar a rigidez especifica, resistência especifica e à abrasão e fluência, condutividade térmica e estabilidade dimensional;
Vantagens sobre os de matriz polimérica: temperatura de operação mais elevada; não são inflamáveis; maior resistência à degradação por fluidos orgânicos; A aplicação é restrita por serem caros; COM MATRIZ CERÂMICA: aumento da tenacidade à fratura é obtido por interações entre as trincas que estão avançando e as partículas da fase dispersa; COMPÓSITOS CARBONO – CARBONO: compostos por fibras de carbono inseridas em uma matriz de carbono pirolisado; são utilizados em aplicações que requerem elevada resistência e rigidez; podem sofrer oxidação em altas T; COMPÓSITOS HÍBRIDOS: contém dois ou mais tipos de fibras; O híbrido de vidro-carbono é mais resistente e tenaz, tem maior resistência ao impacto e pode ser produzido com menor custo; PROCESSAMENTO DE COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS: PULTRUSÃO: formam-se componentes com comprimento contínuo e seção transversal constante, conforme mechas de fibras impregnadas com resina são puxadas através de um molde; PRODUÇÃO DE PREPEG: fibras continuas de reforço pré impregnadas com uma resida polimérica, que está parcialmente curada; são preparados através do empilhamento, onde camadas dessas fitas são dispostas sobre a superfície da ferramenta e são subsequentemente curadas por completo pela aplicação de calor e pressão; ENROLAMENTO FILAMENTAR: fitas de prepeg revestido com resina são enrolados continuamente sobre um mandril, seguido por uma operação de crua; COMPÓSITOS ESTRUTURAIS: LAMINADOS: composto por laminas ou painéis bidimensionais com direção preferencial de alta resistência, as camadas são empilhadas e unidas umas às outras, de modo tal que a orientação da direção de alta resistência varie com cada camada sucessiva; apresentam elevada resistência em várias direções do plano bidimensional; PAINÉIS-SANDUÍCE: são projetados para serem para serem vigas ou painéis de baixo peso, com rigidez e resistência elevadas; consiste em duas lâminas externas, ou faces, que estão separadas e unidas por um adesivo a um núcleo mais espesso; AULA 13 – TINTAS E REVESTIMENTOS
TINTAS A OLÉO: São constituídas de veículos, solventes, secantes, pigmentos e cargas. Os principais óleos utilizados são óleo de linhaça, soja e mamona. SOLVENTE: thinner, baixam a viscosidade da tinta facilitando a aplicação da tinta. SECANTES: catalisadores da absorção química do oxigênio, que em excesso geram películas duras e quebradiças. Constituídos de resinatos ou naftenatos de zinco, chumbo, cobalto. TINTAS PLÁSTICAS EMULSIONÁVEIS: Resina não solúvel em água é convertida em uma emulsão na qual a água é a fase de dispersão. São foscas e mais baratas, de fácil aplicação e podem ser diluídas em água. Usadas em alvenarias, madeiras e metais. EMULSÕES: sistemas de 2 líquidos imiscíveis, um dos quais está disperso no outro na forma de pequenas gotas. Usado Agente emulsificante (sabão) – reduz tensão entre os líquidos – gera emulsões coloidais estáveis. Ex: Gelatina, albumina, goma arábica. TINTAS E ESMALTES: Uma vez aplicada forma uma película dura e pouco elástica, após secas tem aspecto de porcelana. Esmaltes sintéticos têm secagem normal e rápida, sendo mais elásticos. Tanques para transporte de soda, soluções salinas, petróleo..., são protegidos com película de esmalte a base de resina epóxi, submetido a um processo de cura térmica. TINTAS ESPECIAIS: TINTAS DE BORRACHA: são impermeáveis e isolantes de eletricidade, compostas de derivados a base de borracha ou látex. TINTAS BETUMINOSAS: são as soluções asfálticas, impermeabilizantes que são empregadas na impermeabilização de lajes, proteção de chapas de ferro já que são resistentes ao ataque de substancias químicas. TINTAS METÁLICAS: são soluções oleosas de pó metálico com propriedades anti-corrosivas. Aplicadas em superfícies metálicas e galvanizadas.
TINTAS EPÓXI: resinas preparadas com pigmentos, não solúvel em água. Aplicadas em pisos pela grande resistência a abrasão. TINTAS VENENOSAS: empregadas para combater bactérias/fungos que atacam a madeira com aditivo de proteção e higiênica (hospitais). Proteção temporária, necessária renovação. Utilizadas em navios. RESISTENTES AO CALOR: formuladas com veículos a base de silicone, pós metálicos e pigmentos estáveis ao calor. Usadas em acabamentos de fornos, chaminés, colunas de destilação. TINTAS RETARDADORAS DE COMBUSTÃO: a efetividade da camada depende da decomposição dos componentes (fosfato de cálcio, amônio, fosfato de magnésio...) da tinta pelo calor, quando geram amônia, água e CO2. TINTAS INDICADORAS DE TEMPERATURA: contem materiais que mudam de cor em certa T. Usadas para indicar pontos quentes em um equipamento, deficiência de um isolamento. Varias combinações de componentes (sais duplos, amino – sais de ferro..) que cobrem uma faixa de T de 45 – 1400°C. TINTAS LUMINESCENTES: TINTAS FLUORESCENTES: absorvem a luz e refletem. Usadas em mostradores de aparelhos e sinais de trafego. Os principais pigmentos fluorescentes são sulfato de zinco com cádmio, prata, cobre. TINTAS FOSFORESCENTES: absorvem a luz por pouco tempo e refletem por muito tempo. São usados sulfetos de zinco e cálcio. VERNIZES: Soluções de resinas em diluentes apropriados, transparentes ou translúcidas. Podem ser aplicadas diretamente sobre superfícies de madeira ou sobre uma camada de tinta. TIPOS: ÓLEO: resistentes a intempérie, brilho fosco e demora pra secar. a álcool: mais finas, recomendadas para madeira e interiores. ESSÊNCIA: cheiro forte, demora para secar, mais brilhantes (mobiliários) Plásticos: duráveis, resistentes (não a intempérie), secagem rápido (assoalhos). FILTRO SOLAR: filtra ou absorve os raios UV do sol, evitando o descascamento do verniz.
