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PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS AULA 1.1 - INTRODUÇÃO AO MUNDO DOS POLÍMEROS
MOLDAÇÃO POR INJEÇÃO DE POLÍMEROS
TERMOPLÁSTICOS eTERMOENDURECÍVEIS
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Agenda e introdução
Moldaçãopor injeção
Termoplásticos eTermoendurecíveis
Carlos EduardoRamos Gomes
Generalidades
O que são polímeros? Classificação dos polímeros
Aplicações dos polímeros
Principais monómeros
Propriedades dos monómeros
Exercícios
Bibliografia recomendada
Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e
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Objetivos para o nível de aquiconhecimentos nestes sl
Moldaçãopor injeção
Termoplásticos eTermoendurecíveis
Carlos EduardoRamos Gomes
Conhecer os principais polímeros
Distinguir os polímeros dos outros materiais
Classificar os diferentes polímeros
Conhecer as suas principais propriedades
Conhecer as suas aplicações
Saber as suas principais características e distingui-los com base nas suasquímicas
Conhecer as suas principais tecnologias de processamento
Tem como finalidade entender conceitos de processamento de polímeros
Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e t
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Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e termoendur
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Importância dos polímeros
[O plástico foi “Uma dasgrandes invenções do
milénio” –‘One of the greatest’ ]
(Fonte revista Newsweek !
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5/121Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e termoendur
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Importância dos polímeros
[NoBrydson – Plastics Materials, defende-se que cada era deconhecida pelo uso de materiais específicos e descobertos em temporal, ou seja, a era do Ferro, a era do Bronze (liga de cobra era do Aço (ferro com
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6/121Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e termoendur
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Importância dos polímeros
[R. J. Crawforddefende que uma dacausas para a falha de componeplástico e a consequente e poss
reputação deste material, é a faconhecimento específico e muito ap
sobre este tipo de matéria-pr
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7/121Carlos Eduardo Ramos Gomes – Processo de moldação por injeção – termoplásticos e termoendur
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
CARACTERÍSTICAS INERENTES AOS POLÍM
Os polímeros são materiais higiénicos e asséticos: sendo utilizado de produtos alimentares. Atua como barreira protetora entre os alimentos contaminantes. É um material assético, por não permitir que nele se desenvomicrorganismos;
Os polímeros são um excelente isolante térmico: diminui substperdas energéticas, sendo utilizado como isolante térmico, contribuindo paragastos de energia;
Os polímeros são materiais duráveis e fiáveis: não corrói, não enfmenor manutenção do que qualquer outro material tradicional. É praticamenPodem, ainda, ser concebidos para ter uma durabilidade limitada (plásticos biode
Os polímeros são materiais leves: reduzindo o volume dos resíduosmenor consumo de combustíveis, que significa menos emissão de polue
autonomia dos carros elétricos.
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Especifidades Principaismatérias-primasNúmeros eestatísticasGeneralidades
Principaisequipamentos
Consumo de matérias-primas.http://www.a
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
Consumo de polímeros - PORTUGAL – 2012 - APIP
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Especifidades Principaismatérias-primasNúmeros eestatísticasGeneralidades
Principaisequipamentos
Consumo de matérias-primas.http://www.Tabela * - Consumo de matérias-primas. Fonte: http://www.apip.pt
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i i iú i i i
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Especifidades Principaismatérias-primasNúmeros eestatísticasGeneralidades
Principaisequipamentos
Custo e consumo de matérias-prima
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Existem polímerodispendiosos e polímsão substancialmen
dispendioso
Esta relação é feita pos polímeros necespouca massa para adeterminado vo
Pi i iNú Pi i i
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Especifidades Principaismatérias-primasNúmeros eestatísticasGeneralidades
Principaisequipamentos
Importância da indústria dos polím
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Cl ifi ã Ali õ d PPi i iNú
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PPrincipaismonómeros
Números eestatísticasGeneralidades
Classificação Aplicaçõesdos PPrincipaisNúmerose
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PPrincipaismonómeros
Números eestatísticasGeneralidades
Classificação Aplicaçõesdos PPrincipaisNúmerose
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Comentários ao gráfico anterior
Consumiu-se no ano de 2012 em Portugal cerca de 857,357 Ton de polímeros;
Cerca de metade (49%) corresponde às chamadas poliolefinas, isto representa smenos técnicos, como embalagens e peças que podem ser mais técnicas em Preforçado com fibra de vidro;
A classe de engenharia (PC, Acetal, Nylon, copolímeros de estireno) represenconsumo total de polímeros, ou seja, as peças mais técnicas representam este valmas que não deve ser menosprezado pois não são consumidas em grande commodities,mas são mais difíceis de processar e têm melhores propriedades me
A classe decommodities (PVC, estireno, poliolefinas) representam dois terços dde extrusão, termoformação, sopro, rotacional, a alguma, injeção. Por aqui, vemoindústrias de consumo são sobretudo adjacentes à injeção, a injeção é feita matécnicos.
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PPrincipaismonómeros
Números eestatísticasGeneralidades
Classificação Aplicaçõesdos POquesãoos Principais
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Importância dos polímeros
[Cerca de metade do consumo de combustível de um automóvel dep
peso logo o uso de materiais plásticos reduz em grande medida est
[O peso dos materiais plásticos nos automóveis " cerca de #$$ kg e para
aumentar cada vez &ue se 'zer mais investiga()o sobre este tipo d
Classificação Aplicaçõesdos POquesãoos Principais
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Polímeros - versatilidade
[Indubitavelmente, acaracterística mais importamateriais plásticos, como família geral, é a suavers(Fonte:Malloy – Plastic Part Design for Injection
Podem ser usados em situações extremas (ambiente químico agressivo e podem ser desde altas ou mesmo bastante baixas); Desde peças de embalagem, até peças mais técnicas – materiais diferenteaplicações;
Têm uma grande versatilidade de desenho das peças muito complexa – peçaformas cada vez mais apelativas;
Cada plástico tem a suas características individuais completamente diferentes u
Classificação Aplicaçõesdos POquesãoos Principais
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Polímeros
Todos os dias estamos em contacto direto com diferentes polímeros; Cada polímero tem as suas características específicas; Cada polímero é bastante distinto um do outro; Cada peça tem um polímero diferente; Para cada peça é necessário um polímero diferente com características espdada aplicação.
≠ ≠ ≠ ≠
Classificação Aplicaçõesdos PG lidd
Oquesãoos Principais
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades
O que são osPolímeros?
Principaismonómeros
Polímede m
Classificação Aplicações dos PG lidd
O que são os Principais
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çdos polímeros
p çpolímerosGeneralidades
qPolímeros?
pmonómeros
Polímeros – grau de materi
Cada polímero tem um grau específico:• Deve-se dizer: um policarbonato da Bayer, com o grau em espcom as características distintas uns dos outros;
• Apesar de ser PC e de ser da Bayer, tem características
mecânicas, térmicas, elétricas, processamento, distintas uns dos É necessário detalhar, não basta apontar PC da Bayer, mas devsempre o grau em específico, PC da Bayer com o grau 2204.É cque é natural de Lisboa, deve apontar-se a rua e a morada completa,
Os graus do polímero variam maioritariamente, na viscosidade (fluidez).
Classificação Aplicações dos PO que são osGeneralidadesPrincipais
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çdos polímeros
p çpolímeros
qPolímeros?Generalidades
pmonómeros
Antiguidade: resinas e graxas usadas para vedar vasilhames e colar doegípcios e romanos;
Séc. XV: Colombo descobre no Haiti o latex e leva-o para a europa;Séc. XVII: origem do latex nas américas, extraído da Brasilienses (seringue1770: Priestley deu nome à borracha natural;1839: Charles Goodyear acidentalmente descobriu a vulcanização da boesta patente gerou mais de 150 processos em 12 anos;
1846: Schonbien, algodão + ácido nítrico, obteve a nitrocelulose (1.ºsintético);1897: Krishe e Spittler, obtiveram um produto endurecido, formaldeído + cas1912: Beakeland, Fenol + Formaldeído, Baquelite (resina fenólica);1924: Standinger, teoria dos plásticos;1929: Carothers descobriu que os polímeros são formados por monómeros;1938: Cartothers sintetizou o nylon.
Nota histórica
Classificação Aplicações dos PO que são osGeneralidadesPrincipais
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çdos polímeros
p çpolímeros
qPolímeros?Generalidades
pmonómeros
Continuar com a nota histórica
Nota histórica
Classificação Aplicações dos PO que são osGeneralidadesPrincipais
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dos polímeros polímerosqPolímeros?Generalidades monómeros
Nota histórica Antes dos polímeros, apenas a argila, (cerâmicos) eram possíveis de serem m
de pressão e calor, mas tinham elevada densidade e eram bastante frágeis;
Acidentalmente Goodyear adicionou enxofre à borracha natural, tornando-a ede ser moldada (basicamente criando ligações químicas tridimensionais);
John Hyatt desenvolveu a celulose, ou o celuloide, sendo usado em, bolas dede ping-pong;
Depois foi desenvolvido a Baquelite, misturando fenol e formaldeído. A bamoldada num polímero rígido, como, maçanetas, telefones, peças para termoendurecíveis são resistentes ao calor e são bastante rígidos;
Os polímeros desenvolvidos de seguida, foi o nylon, neste caso foi o quíWallace Carruthers.
Classificaçãoí
Aplicações dosí
PO que são osGeneralidades Principaisó
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dos polímeros polímerosPolímeros?Generalidades monómeros
Nota histórica Usado cada vez mais em aplicações
mais técnicas: requisitos mecânicos,térmicos e químicos e também emtermos estabilidade dimensional;
Boa resistência química e baixatendência para contração do
material;
Mais difícil em termos deprocessamento: maiorestemperaturas no processo e menorestempos de residência.
Classificaçãod lí
Aplicações doslí
PGeneralidades O que são osPlí ?Principaisó
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dos polímeros polímerosGeneralidades Polímeros? monómeros
METAIS ≠ PLÁSTICOS (POLÍMER
METAIS
• Maior densidade;• Maior resistência mecânica;• Boa condutividade térmica e elétrica;• Maiores temperaturas de processamento e deserviço.
POLÍMERO
• Baixa densidade;• Menores propriedades mecâ• Baixa condutividade térmica • Baixas temperaturas de processamento.
POLÍMEROSSUBSTITUEM OS
METAIS
Classificaçãod lí
Aplicações doslí
PGeneralidades O que são osPlí ?Principaisó
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dos polímeros polímerosGeneralidades Polímeros? monómeros
METAIS ≠ PLÁSTICOS (POLÍMEROS)Propriedade Metais Cerâmicos (bulk) Cerâmicos (fibras)Resistência + - ++
Rigidez ++ V ++
Tenacidade + - V
Resistência ao impacto + - V
Resistência à fadiga + V +
Fluência V V ++
Dureza + + +
Densidade - + +Estabilidade dimensional + V +
Estabilidade térmica V + ++
Sensibilidade higroscópica ++ V +
Resistência ambiental V V V
Resistência erosão + + +
Resistência corrosão - V V
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades O que são osPolímeros?Principaismonómeros
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dos polímeros polímerosGeeadades Polímeros? monómeros
EXEMPLO PRÁTICO
POLÍMEROSSUBSTITUEM OS
METAIS
Quais são as razões para que sejamsubstituídos por polímeros?
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades O que são osPolímeros?Principaismonómeros
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dos polímeros polímerosPolímeros? monómeros
EXEMPLO PRÁTICORequisitos de
funcionamento• Desenvolvimento da peça;• Estudo das especificações;• Estudo das condições deserviço;
• Protocolos internos e docliente que terá de obedecer;
• Preço alvo a bater;• Questões de montagem e deajustamento;
• Escolha dotoolmaker e daempresa de injeção;
• Validação das ferramentas edas primeiras peças;
• Experiência em linha.
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades O que são osPolímeros?Principaismonómeros
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dos polímeros polímerosPolímeros? monómeros
EXEMPLO PRÁTICO
Peça do motor, pertedo motor;
Ambiente extremampressões e temperatu
Poliamida 6.10 (nylon
fibra de vidro;
Elevada resistência àciclos térmicos necessidade de estrutural e estabilida
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
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dos polímeros polímerosPolímeros? monómeros
PROPRIEDADES FÍSICAS
Propriedadefísica Material
Densidade (g/cm3)
Polímeros – 0,9 a 1,7
Metais – 2,5 a 10
Cerâmicos – 3,2 a 6
Condutividade elétrica
(S/cm)
Polímeros – 10-19
a 10-12
Cerâmicos – 10-17
a 10-12
SIC – 10-2
a 10-1
BiC – 1 a 2
Metais – 105
Propriedade físicaCondutividade térmica
(Cal/cm.s.K)Cerâ
Me
Corrosão
P
C
Resistência à intempérie
P
C
Propriedades óticas
Pol
Polím
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades O que são osPolímeros?Principaismonómeros
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dos polímeros polímerosPolímeros? monómeros
PROPRIEDADES FÍSICASTipo de material Aplicações Propriedades
MetaisCobre Fio elétrico Alta condutividade
elétrica, boa flexibilida
Ferro cinza Bloco de motores de
automóveis
Boa resistência à
temperatura e à vibraç
Ligas de aço Quadro de bicicleta Excelentes propriedadmecânicas
Cerâmicos
SiO2.Na2O.CaO Vidro Boas propriedades
óticas e térmicas
AL2O3, MgO, SiO2Refratários para moldes
metálicos
Isolante térmico, alt
temperatura de fusãmaterial inerte
Classificaçãodospolímeros
Aplicações dospolímeros
PGeneralidades O que são osPolímeros?Principaismonómeros
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dos polímeros polímerosPolímeros? monómeros
PROPRIEDADES FÍSICASTipo de material Aplicações Propriedades
Semi-condutores
Titanato de BárioTransdutores paraaparelhos eletrónicos
Propriedades piezoelétri
transformação de energia m
em elétricaGaAs Sistemas de fibra ótica Converte sinal elétrico e
Silício Transistores e circuitos
integradosComportamento elétr
Polímeros e compósitos poliméricos
Polietileno Embalagens de
alimentosFilme fino, flexível e transp
Epóxi Encapsulamento de
circuitos integrados
Bom isolamento elétrico
resistência à intempéEpóxi – reforçado com
fibra de carbono
Componentes
aeronáuticosAlta resistência, baixo p
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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p p
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CARACTERÍSTICAS INERENTES AOS POLÍMER(INFLUENCIAM A INJEÇÃO)
• Baixa densidade;• Baixa rigidez;• Boa resistência química;• Elevado coeficiente de expansão térmica;• Baixa condutividade térmica e elétrica;• Baixa resistência mecânica.
VANTAGENS
• Possibilidade de obter um produto final semoperações de acabamento;
• Elevada relação resistência/peso;• Facilidade de processamento;• Possibilidade de escolha em termos de cores.
DESVANTAG
• Temperatura de serviço baixa• Elevada contração.
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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CARACTERÍSTICAS INERENTES AOS POLÍM
Os polímeros são materiais higiénicos e asséticos: sendo utilizado e
produtos alimentares. Atua como barreira protetora entre os alimentos e os possívÉ um material assético, por não permitir que nele se desenvolvam quaisquer micro
Os polímeros são um excelente isolante térmico: diminui substancienergéticas, sendo utilizado como isolante térmico, contribuindo para a reduenergia;
Os polímeros são materiais duráveis e fiáveis: não corrói, não enferrmanutenção do que qualquer outro material tradicional. É praticamente inquebráser concebidos para ter uma durabilidade limitada (plásticos biodegradáveis);
Os polímeros são materiais leves: reduzindo o volume dos resíduos; nconsumo de combustíveis, que significa menos emissão de poluentes, e maior auelétricos.
p p
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Principal característica dos polímero
p p
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Principal característica dos polímer
Condutividade térmica A condutividade térmica dos polímeros situa-se na faixa d
W/mK. m motivo para !aixa conduti!ilidade térmica deste
a falta de elétrons livres no material" ma desvanta#em da péssima conduti!ilidade térmica
processamento dos polímeros. $ calor necess%r
processamento s& pode ser introdu'ido lentamente, e processamento, tam!ém é novamente de difícil remo()o"
A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil ve'e
a dos metais. +o#o, s)o altamente recomendados em ap
re*ueiram isolamento térmico, particularmente na forma de
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Condutividade térmica
Comentários ao slide anterior – baixa condutividad Grandes necessidades de arrefecimento (linhas de água nos moldes, e dispositivos nas linhas de extrusão bastante compridos);
Espessuras de peças bastante reduzidas (1 a 5 mm) – preço das peças;
Grande gasto em termos de tempo na fase de arrefecimento das peças (50 a 70% do
Função exponencial que relaciona a espessura com o tempo de arrefecimento;
Fenómenos de contração: empeno e distorção de forma nas peças, falta de estabilida
Fenómenos de dissipação viscosa: processos de transformação dos polímeros.
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Substituição de materiais tradicio
Figura * - Mercado de substituição dos pl
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Figura * - Esquema com as principais tecnologias
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Processos de transfpolímero
Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Tecnologias de transformação determoplásticos: o que
de cada tecnologia, o que é variável em cada processo Equipamentos e maquinaria – máquina de injeção, extrusora, parafuso; Complexidade da peça a obter e a sua forma exterior – grau de liberdade para odesig Espessura e sua uniformidade – comportamento mecânico, empeno e qualidade gera Investimento e amortização do equipamento – cadências de produção; Materiais plásticos usados nas peças – grande consumo ou engenharia; Tempo de ciclo (produtividade) – qualidade das peçasvs produtividade; Know-how e mercado – investigação e desenvolvimento; Custo de uma peça – tempo de ciclo e volume das peças; Indústrias alvo – mercado alvo; Estabilidade dimensional – peças técnicas ou de grande consumo; Complexidade do processo – controlo e domínio do processo.
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Classificaçãodos polímeros
Aplicações dospolímeros
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Figura * - Mercado dos plásticos por indústria. Fonte: ht
Cada indústria tem o seutipo de polímero e o seuprocesso de fabrico;
As indústrias técnicas(eletro-eletrónica eautomóvel) representamcerca de 14% do total, namaior parte dos casos,peças injetadas.
Mercados-alvo dos polímero
Classificaçãodos polímeros Aplicações dospolímeros PGeneralidades O que são osPolímeros? Principaismonómeros
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Consumo de matérias-primas.http://www
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Classificaçãodos polímeros Aplicações dospolímeros PGeneralidades O que são osPolímeros? Principaismonómeros
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Consumo de matérias-primas.http://www.apip.ptTabela * - Consumo de matérias-primas. Fonte: http://www.apip.pt
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Classificaçãodos polímeros Aplicações dospolímeros PGeneralidades O que são osPolímeros? Principaismonómeros
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Importância da indústria dos polím
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Classificaçãodos polímeros Aplicações dospolímeros PO que são osPolímeros?Generalidades Principaismonómeros
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Os polímeros são materiais (termoplást
De onde provêm os polímeros? Os polímeros são materiais p
petróleo, onde com recurso a reatores (pressão e calor) moléculas de plástico; O que são polímeros? São elementos químicos individuais (moquando se juntam formam macromoléculas, que conseguem boe boa resistência mecânica (depende do seu commacromoléculas);
Quais são as características fundamentais dos polímeros?com baixas temperaturas de serviço e de processamento, especial cuidado no momento de produção – baixa condutividad
Quantos polímeros diferentes existem? Existem cerca depolímeros que apresentam características distintas uns dos outro
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Formação dos polímeros
Cada molécula individual dopolímero é um clipe, que se junta para formar uma moléculamaior;
Estas ligações são formadas porreações químicas denominadas:polimerização;
O tamanho de cada molécula éessencial para as propriedadesdo plástico.
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Tipo de cadeia dos polímeros
Forma como se moléculas, é essenpropriedades características do po
• Propriedades mec
• Resistência quím• Forma e dimensõ• Facilidade de proc• Contração e epeças.
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Tipo de cadeia dospolímeros
As ramificações também influenciam aestrutura final, a cristalinidade e aspropriedades do material;
Polímeros com poucas e pequenasramificações podem cristalizar maisfacilmente e como resultado têmdensidades mais elevadas: contração,empeno e distorção de forma.
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Tipo de cadeia dos polímeros A regularidade quím
a forma e a crispolímero;
Os copolímeros (junçde moléculas distintplástico), perde em mecânicas mas resistência química: com PP e tipos de homo e copolímero.
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Taticidade dos polímeros
A taticidade é a forma de juntar asmoléculas do polímero, tantopodem estar num lado da cadeia,nos dois lados ou podem estardispostas alternadamente;
O material que é fortementeinfluenciado pela taticidade é o PP,o PP atático tem brilho etransparência melhoradas egrande flexibilidade.
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Taticidade dos polímeros
O PP isotático aprregularidade molecristalinidade e gramas em contra pmelhor resistência qpropriedades
(resistência e rigidede forma substancial
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Taticidade dos polímeros
O PP apresenta uma resistência aoimpacto boa, mesmo a baixastemperaturas, e uma cristalinidadeintermédia;
O PP apresenta uma resistência aoimpacto boa, mesmo a baixastemperaturas, e uma cristalinidadeintermédia.
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Taticidade dos polímeros
Se os grupos substituido mesmo lado são desestiverem em lados designados trans;
O material com configmuito elástico e o configuração trans resistente.
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Taticidade dos polímeros - cristali
Propriedades reduzincremento da cristali
• Resistência ao im•Alongamento da r• Claridade ótica.
Propriedades elevadas com o
incremento da cristalinidade:
• Densidade;• Rigidez;• Estabilidade dimensional;• Resistência química;• Resistência à abrasão;• Temperatura de fusão (Tm);• Temperatura de transiçãovítrea (Tg);
• Temperatura de serviço.
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Taticidade dos polímeros - cristali
Estruturas químicas• Moléculas;• Esferulites;• Lamelas;• Aumento datemperatura /arrefecimento da peça;
• Cristalinidade;• Variáveis doprocessamento(principalmentetemperaturas).
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Principal característica dos polím
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Classificação dos polímeros
Podem ser distinguidos por vários fatores:i.Tipo de plástico (polímero);ii.Tipo de estrutura química (amorfo ou semi-cristaliniii.Tipo de propriedades (mecânicas, térmicas, físico-q
iv.Tipo indústrias-alvo (embalagem, grande consutécnicas);
v.Tipo de polimerização
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Cl ifi ã d lí
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• Policarbonato;
• Poliacetal – POM;
• Nylon – poliamida;
• Alguns graus de PP – comreforço;
• PMMA;
• Copolímeros de estireno (AN!AA e A"# e misturas;
• P$%&;
• P"$'
• Poliolenas (P& ePP#;
• P)C;
• P e *+P;
• Poliuretano;
• &)A;
• $P& (t,ermoplastic
elastomer#
Commodities 1ngenAaria
• PPO poli(-– muito umistura de
• PP pofenileno# mmistura de
• PA/;
• 0CP;
• P&&1;
• P&;
• P+
Classificação dos polímeros
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Classificação dospolímeros
Cerca de 80 a 90% do consumode polímeros sãotermoplásticos, os
termoendurecíveis eelastómeros são consumidos deforma residual.
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Classificação dos polímeros
Os polímesão os queabordar ascaracterístaprofundaos termoprepresenta
85% do copolímeros
Facilidadeprocessamcadências
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Classificação dos polímeros
i.Tipo de polímero (plástico): Poliolefinas: polietilenos ou polipropilenos; Nylons: poliamidas 6, poliamidas 6.6, poliam Acetais: poli(óxido metileno) homo e copolím Poliésteres: policarbonatos, poli(butileno
poli(etileno tereftalato); Estirenos: poliestireno, acrilonitrilo-butadieacrilonitrilo-estireno-acrilato, estireno-acrilo
Vinilicos: PVC e PMMA (dificuldade de proce
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Classificação dos polímeros
ii.Tipo de estrutura química: quando arrefece form
químicas, que tanto podem ser ordenadas (criscompletamente desorganizadas (amorfas).
AMORFO SEMI-CRIS
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Amorfos• Baixa contração no molde;• Baixa resistência química;• Alta transmissão de luz;• Alto coeficiente de fricção;• Dúctil ou frágil (depende da Tg);• Rígido ou flexível;• Propriedades completamentedistintas dos semi-cristalinos.
Semi-crista• Alta contração no mold• Alta resistência químic• Opacos ou translúcido• Baixo coeficiente de fri• Dúctil (maioria);• Rígido ou flexível;• Propriedades completadiferentes dos amorfos
Classificação dos polímeros
ii.Tipo de estrutura química
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Classificaçãodospolímeros
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Classificação dos polímeros
iii.Tipo de propriedades: mecânicas, térmicas,
físico-químicas.
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Classificação dos polímeros- Tipo de propriedades mecânicas
Relação entre uma força aplicada (tensão) e a corresponden(alongamento);
Mede-se estas características para se aferir o comportamento polímeros e caracterizá-los;
Forte dependência do tipo de monómero e da velocidade do temperatura;
Dados obtidos: módulo de elasticidade, tensão na cedência e na rotunestes dois locais, cedência e na rotura.
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Classificação dos polímeros- Tipo de propriedades térmicas -
Determina-se as temperaturas de transformação de fase, tra(Tg) e de fusão (Tm);
Essencial para se ter conhecimento sobre o processamencomportamento dos polímeros à temperatura;
Pode ser determinadas por um ensaio de DTA ou DSC;
Importância na caracterização do polímero, independente de fmassa molecular.
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Classificação dos polímeros- Tipo de propriedades térmicas -
A Tg serve para marcara transformação docomportamento frágil emdúctil;
Instrumento decaracterização de umdeterminado polímero.
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Classificação dos polímeros- Tipo de propriedades reológicas -
Determina-se parâmetros importantes como a viscosidade e viscosidade a fatores externos como os esforços mecânicos;
À semelhança de outros conceitos, serve como diferenciador dcomo forma de caracterização;
Instrumento de apoio ao processamento de materiais plásticos
Importante instrumento de Controlo de Qualidade da matéria-p
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Classificação dos polímeros- Tipo de propriedades reológicas -
Consiste em forçar um polímero fundido durante 10minutos, a uma dada temperatura a passar por umorifício (capilar) e pesar a quantidade de materialque foi extrudido durante esse período de tempo;
Cada polímero tem a sua determinada fluidez, etodos podem ser distinguidos por estacaracterística.
Apoio ao processamento.
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Classificação dos polímero
iv.Tipo de indústria/mercado-alvo:polímeros, que pelas suas propriedades indicados para embalagem, ou para petécnicas ou mesmo para aplicações extrtermos de temperatura de serviço ou conquímicos muito agressivos.
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Classificação dos polímero
v.Tipo de polimerização:os polímerospodem ser polimerizados (formaçmacromoléculas) consoante o seu tipo d
quer seja por adição ou por condensação.
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Classificação dos polímeros- Tipo de reação de polimerização -
[1.ª] poliadição:dois monómeros quetêm grupos funcionais diferentes ereagem entre si. Os monómeros reagementre si formando dímeros e trímeros,que por sua vez também reagem eformam oligómeros. Como resultado,
estes polímeros só são produzidospassado algum tempo, com elevadamassa molecular. Devem ser usadospolímeros com elevada massa molecularcomo o HMDPE.
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Classificação dos polímeros- Tipo de reação de polimerização -
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Classificação dos polímeros- Tipo de reação de polimerização -
[2.ª] policondensaum centro ativo nuem crescimento
entre si. Os adicionam-se seque
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Principais
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Aplicações dos polímeros
Aeroespacial: estabilidade térmica e à oxidação e peso/rigidez;
Engenharia: substituição de metais e formas mais apelativas;
Embalagem: baixa permeabilidade a gases e ao oxigénio;
Eletrónica: placas de circuitos impressos, impressos e ba Construção civil: polímeros não inflamáveis; Cordas de pneus: fibras de alto módulo.
Generalidades
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Aplicações dos polímeros
Componente Principais tipos deplásticos
Peso noveículo (kg)
Para-choques PS, ABS, PC/PBT 10,0
Bancos de assentos PUR, PP, PVC, ABS, PA 13,0
Painel de instrumentos PP, ABS, SMA, PPE, PC 7,0
Sistema de combustível HDPE, POM, PA, PP, PBT 6,0
Carroçaria (incluindo painel) PP, PPE, UP 6,0
Componentes interior capô PA, PP, PBT 9,0
Componentes interiores PP, ABS, PET, POM, PVC 20,0Componentes elétricos PP, PE, PBT, PA, PVC 7,0
Componentes exteriores ABS, PA, PBT, POM, ASA, PP 4,0
Sistema iluminação PC, PBT, ABS, PMMA, UP 5,0
Sistema de bancos PVC, PUR, PP, PE 8,0
Reservatórios líquidos PP, PE, PA 1,0
As legislhammer outman-made e$150-a-barrefeasible, it i
that by 202comprise 18average veh
AplicaçõesdospolímerosGeneralidades
Classificação dos
polímeros
PAplicações dospolímeros
O que são os
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Principais
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PAplicações dos
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p ç p
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Nomenclatura
Nomenclatura baseada na estrutura dos monómeros; Prefixopoli seguido do nome do monómero, quando o nome dumaexpressão, deve aparecer entre parênteses, exemplo:• Polietileno;• Polipropileno;•
Poli(cloreto de vinil);• Poli(metacrilato de metileno) oupoli(etileno tereftalato).
Pode-se ainda usar o nome estrutural dos monómeros.
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Nomenclatura
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Usado para identiBcar cadamonCmeroD
Etil para seleç3o nareciclagem de cada materialplásticoD
8imologia padroniGada aon
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p
1> – poli(etileno tereftalato! – poliéster sat'radoD
H& – poli(cloreto de vinil! – polF1 – poli(tetraL'or de etileno! – teLonD 77* – poli(metacrilato de metileno! – pleKiglas9
Generalidades Classificação dos
polímeros
PPrincipais
monómeros
O que são os
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Nomenclatura termoendurecív
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Nomenclatura - termoendurecív
oliéster insat'rado – principalmente plástico com Bra de vidroD
1pCKi – plástico reforçado com Bra de vidroD FenClicas – adesivos para arasivosM resinas para
esp'mas isolantes anti)cAamaM Ia,eliteD 7elam
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opedadesdos oó eos
RESUMO DAS PROPRIEDADES
Transparente (por manipulações química ou de ordem deprocessamento) e inquebrável, o PET é um materialextremamente leve;
Usado principalmente na fabricação de embalagens debebidas carbonatadas (refrigerantes), além da indústria
alimentar está presente também nos setores hospitalar,cosméticos, têxteis, entre outras; Boas propriedades mecânicas (2,2 GPa), baixa permeabilidadeao oxigénio, boa acabamento superficial, boa resistênciaquímica e fácil processabilidade (nem sempre).
Generalidades Classificação dos
polímeros
Principais
monómeros
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Aplicações dos
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Propriedades dos monómeros -
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p
PROPRIEDADES Família do poliéster; Ácido tereftálico ou tereftalato de metileno e glicol etilénico; Boa resistência mecânica, térmica e química; Boas propriedades barreira (semi-cristalino), absorção de oxigénio é da 20 vezes menor do que oscommodities;
Facilidade de reciclagem (produtos menos exigentes) – apenasreciclagem começa a baixar as propriedades;
Passou de polímero de engenharia paracommoditie; 130 a 155 repetições do mero, constituem uma macromolécula de PE
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Aplicações dos
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Propriedades dos monómeros -
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p Aplicações
Pode ser processado portodas as tecnologias;
Modificado quimicamente parase obter propriedadesespecíficas, como baixacristalinidade e melhores
propriedades barreira; O seu processamento colocaalguma dificuldade comolibertação de ácido tereftálico,que pode ser tóxico.
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Propriedades dos monómeros - PEA
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Material leve, inquebrável, rígido e co
resistência química. Muito usado em emprodutos para uso doméstico, tais como:amaciadores, sacos para supermercadodomésticas, entre outros. A sua excelentquímica é a sua principal vantagem;
A sua utilização noutros setores é também mutais como, embalagens de óleo, embalagens químicos, ou peças mais técnicas;
Propriedades mecânicas intermédias entre o Ppolímeros mais técnicos, alta contração e baixadimensional, impossibilitam o seu uso mais téc
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Propriedades dos monómeros - PEA
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PROPRIEDADES
Baixo custo; Fácil processabilidade – principal fator vantajoso; Razoavelmente translúcido; Livre de odores e toxicidade; Praticamente indestrutível;
Não absorve água; Boas propriedades elétricas; Boa resistência química; Baixa estabilidade dimensional e baixas propriedades mecânicas – contra!
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Pode ser processado portodas as tecnologias;
Baixas temperaturas deprocessamento etemperaturas de processo quetanto podem ser altas comomais baixas;
Sobretudo produtos menostécnicos, como extrusão defilme ou tampas para garrafas,ou utensílios domésticos.
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Propriedades dos monómeros - PV
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Material que tanto pode ser transparente como opaco,
leve e bastante resistente à temperatura. Normalmenteusado em embalagens de óleo comestível. Além daindústria alimentar, é bastante encontrado em setoresfarmacêuticos, como bolsas de soro, sangue e materialhospitalar. Tem forte presença no setor de construçãocivil, principalmente em tubos e caixilharias;
Excelente resistência química e é auto-extinguível, boaspropriedades mecânicas e alguma dificuldade noprocessamento impede que seja mais difundido namoldação por injeção.
Generalidades Classificação dos
polímeros
Principais
monómeros
PO que são os
Polímeros?
Aplicações dos
polímeros
Propriedades dos monómeros - PV
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PROPRIEDADES
Componentes em PVC têm de ser auto-extinguíveis e resistentes à ch PVC tanto pode ser rígido como pode ser flexível; Geralmente é frágil a baixas temperaturas; Ligeira tendência para fissurar sob tensão; Boas propriedades mecânicas; Boas resistência química; Estabilidade no custo das peças, o PVC é produzida a partir do sal, euma estabilidade no preço muito grande;
Este polímero tem de ser muito aditivado, quase metade do seu pesoaditivos, processo de extrusão.
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polímeros
Principais
monómeros
PO que são os
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Aplicações dos
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Muito pouco resistente àtemperatura: quase
exclusivamente processado porextrusão;
Componentes têm de ser auto-extinguíveis;
Produtos menos técnicos,como mobiliário e construção
civil; Se não fosse tão difícil deprocessar, era muito usadopara injeção, pois temexcelentes propriedadesúnicas.
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polímeros
Principais
monómeros
PO que são os
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Aplicações dos
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Material flexível, leve, transparente e i
Pelas suas características é muito embalagens flexíveis, tais como: sacos para supermercado, leites, sacos indusde lixo, mudas de plantas, plasticultura,têxteis, entre outras;
A sua boa resistência química e faprocessamento possibilitam o seu uso pas suas baixas propriedades mecânicaque seja utilizado em artigos que vão mque filme ou embalagem.
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Principais
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polímeros
Propriedades dos monómeros - PEB
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PROPRIEDADES
Pode ser flexível; Excelente processabilidade; Baixa resistência mecânica; Pode ser transparente ou opaco; Não absorve água;
Mantêm as propriedades abaixo de 50 ºC (entronca com a sua Tg); Boas propriedades elétricas; Em resumo: propriedades idênticas ao PEAD, mas perde ainpropriedades mecânicas.
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Principais
monómeros
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Aplicações dos
polímeros
Propriedades dos monómeros - PEB
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A sua baixas resistênciamecânica, impede que sejausado em aplicações além defilme;
Grande facilidade deprocessamento torna estematerial muito popular;
Embalagens transparentes efilme para embalar produtos; Custo reduzido torna estematerial bastante eficaz nestetipo de aplicações.
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Principais
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Aplicações dos
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Propriedades dos monómeros - P
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Material rígido, brilhante com capacidade de conservar o
aroma resistente às mudanças de temperatura (ESC).Normalmente é encontrado em peças técnicas, caixilhariasem geral, utilidades domésticas, fios e cabos, entre outros.Pode também ser utilizado em embalagens mais resistentes;
A combinação de propriedades mecânicas razoáveis,facilidade de processamento pode-se variar bastante ocontrolo da injeção, alguma tendência para empeno ou para
distorção de forma, excelente resistência química, e facilidadede reforço com fibras de vidro ou outros reforços, paraincrementar a rigidez, fazem do polipropileno um excelentematerial, o seu custo é também um fator extremamentevantajoso.
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Principais
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PROPRIEDADES
Mais rígido e duro que o PE; Resistência ao impacto um pouco baixa, principalmente a baixas temem graus reforçados;
Temperatura máxima de serviço de 110 ºC, verificar a sua Tm; Boas propriedades elétricas; Não tem tendência para fissurar; Resistência química mais baixa do que o PE, mas mesmo assim bast Boa resistência ao ESC; Pode ser considerado como o polímero mais versátil de todos; Pode ser considerado como o irmão mais novo do PE ou como a versdo PE, é mesmo um update ou um upgrade em relação ao PE.
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polímeros
Principais
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Irmão mais novo do PE:
ultrapassou as limitações doPE, principalmente naspropriedades mecânicas, ebasicamente tudo o resto ésemelhante ou melhor, aindamelhor processabilidade doque o PE;
Pode ser muito reforçado, comvidro, pode ser transparente ouopaco, pode ser aplicado tantoem peças técnicas como empeças para embalagens.
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Material transparente, rígido e brilhante (bomsuperficial à saída do molde de injeção).
Usado para embalagens para iogurtes, gepratos, tampas, aparelhos de barbear descapara o interior de frogiríficos, material de escrtransparentes com uma utilidade doméstica no s
As suas boas propriedades mecânicas, a destaser um material com um comportamento fr
facilidade de transformação bastante boa, uquímica média, grande estabilidade dimenstendência para empeno/distorção de formcontração. O facto de ser transparente e frágprincipais características.
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Principais
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PROPRIEDADES
Baixo custo; Baixas temperaturas de processamento; Excelente facilidade de coloração; Elevada transparência; Muito rígido e frágil (principal limitação); Boas propriedades mecânicas (menos a resistência ao impacto);
Baixa absorção de água; Baixa condutividade térmica; A incorporação de butadieno (HIPS) permite ultrapassar a desvantagem que é baixa resistência ao impacto;
Boa estabilidade dimensional, é um material amorfo.
Generalidades Classificação dos
polímeros
Principais
monómeros
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Aplicações dos
polímeros
Propriedades dos monómeros - PS
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Pode ser considerado como o
polímero com melhorprocessabilidade, tem umabaixa tendência para degradar,tem bom comprimento de fluxo(viscosidade), tem uma boavariabilidade de temperaturasde ferramenta, e é bastante
frágil e rígido;
Pode ser processado por todasas tecnologias, principalmente,termoformação, Tg.
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polímeros
Principais
monómeros
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Aplicações dos
polímeros
Propriedades dos monómeros - outr
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Os outros tipos de monómeros são os copolímeros deestireno (ASA, SAN e ABS), o EVA (borracha termoplástica),
e materiais para peças mais técnicas como o POM, nylon,PC, e materiais para aplicações ainda mais técnicas como aspolisulfonas, as poliimidas, os poli(éter éter cetona), ospoliarilatos, poli(óxido de fenileno), entre outros;
Estes tipos de materiais apresentam excelente resistência
química, excelentes propriedades mecânicas, muito baixacontração e muito baixa tendência para empeno e distorçãode forma. Mas apresentam um custo que pode ser dezenasde vezes mais dispendioso do que os materiais apresentadosanteriormente.
Generalidades Classificação dos
polímeros
Principais
monómeros
PO que são os
Polímeros?
Aplicações dos
polímeros
Propriedades dos monómeros - outr
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Os polímeros que se podem expandir são, poliestireno,polipropileno e o nylons.
O mais popular é o poliestireno; O poliestireno contém bolhas ou agentes expansores,usualmente de gás líquido;
Podem ser produzidos em formas complexas, num molde
aberto ou fechado; Excelente isolador térmico e acústico; Pressões são baixas (0,35 MPa) – moldes em alumínio;
Generalidades Classificação dospolímerosPrincipaismonómeros
PO que são osPolímeros?
Aplicações dospolímeros
Propriedades mecânicas
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p
Tipo de
material
Resistência
à traçãoFratura Módulo Impacto Fa
Cerâmicos Média Frágil Alto Baixa A
Metais Alta Dúctil Alto Alta B
Polímeros Baixa F/D Baixo Baixo/Alto M
Compósitos Alta Dúctil Alto Alta A
Tabela * - Propriedades mecânicas de alguns materiais.
Generalidades Classificação dospolímerosPrincipaismonómeros
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Aplicações dospolímeros
Reforços para polímeros
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Reforços Densidade Resistênciamecânica (GPa) Módulo deelasticidade (GPa)Fibra de vidro 2,45 a 2,48 3,1 a 4,5 72 a 86
Fibra de carbono 1,82 a 1,87 2,1 a 2,6 200 a 330
Fibra aramida
(kevlar)1,44 a 1,45 2,7 a 2,9 58 a 130
Fibra de amianto 2,5 0,7 a 1,4 135 a 170
Alumínio 2,8 0,5 75
Aço carbono 7,8 1,0 200
Melhoram
• Proprmecâ• Estabdimen
• Aniso• Contra• Propr
• Resis Pioram:
• Acabasuperfi
• Proce
Tabela * - Reforços para alguns materiais.
Generalidades Classificação dospolímerosPrincipaismonómeros
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Aplicações dospolímeros
Reforços para polímeros
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Reforços para polímeros
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Combinação de uma matriz em plástico, comum reforço que pode ser vidro, aramida oucarbono, mas sobretudo vidro;
Os nanotubos de carbono, têm vindo aganhar bastante relevância prática eacadémica;
90% são fibras de vidro; São diferentes dos compósitos(normalmente poliéster);
Altera a forma de contração de uma peça, emelhoram bastante as propriedadesmecânicas, principalmente rigidez;
Representam cerca de 5% de todos ospolímeros;
Cada vez mais se assiste a uma melhoriados produtos e busca-se formas de talacontecer.
Próxima aula
ObjetivospropostosPróxima aula Exercícios Bibliografia
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ObjetivospropostosPróxima aula Exercícios Bibliografia
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FIMQUESTÕES?
Exercícios
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1.Com base na aula apresentada anteriormente, reseguintes questões:a)Onde encontramos plástico no nosso dia-a-dia?b)O que são polímeros?c)Como são produzidos os polímeros?d)Por que este tipo de material é tão dominante na nossa era?e)Por exemplo, por que há baldes em plástico e não de chapa metálica ou
antigamente?f) Porque razão os fios elétricos são revestidos de plástico e não mais de porisolante, como antigamente?
g)Porque razão um DVD é feito de plástico?
Exercícios2 Apresentecincocaracterísticasquetornam ospolímeros
ObjetivospropostosExercíciosPróxima aula Bibliografia
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2.Apresente cinco características que tornam os polímerosúnico e distinto das restantes classes de materiais.
3.Complete as seguintes afirmações:a)Um polímero é constituído por ___________ (átomos/moléculas), que quformam __________ (arranjos de átomos/macromoléculas);
b)Um polímero é um material mais ___________ (leve/pesado), quando commetais, e que ___________ (permite/não permite) obter formas ncomplexas do que os metais;
c)Em relação aos metais, os polímeros __________ (conduzem/neletricidade, e são ___________ (piores/melhores) de calor;
d)A grande maioria de classes de materiais que são utilizados no dimaioritariamente consumidos, são os chamados (termoplásticos/termoendurecíveis).
Exercícios
ObjetivospropostosExercíciosPróxima aula Bibliografia
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4.Aponte cinco artigos feitos em plástico e explique porq
utilizados polímeros para fabricar os cinco artigos apontanão outro material de outra classe.
5.Comente a seguinte afirmação: ‘Os polímeros aprecondutividade térmica muito baixa, isto pode ser considerada acaracterística.’
6.Existem várias formas de processamento de polímeros em pnosso dia-a-dia, aponte as formas de processamento que co
Exercícios
ObjetivospropostosExercíciosPróxima aula Bibliografia
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7.Com base nestes polímeros, PP, PEAD, PEBD PVC, PS e PET.destes polímeros e esclareça as suas características e a sua utilizaquotidianas.
8.Um dos principais mercados para os polímeros, principalmetécnicos, são os automóveis.a)Aponte a razão de estarem a substituir os metais neste setor e aponte 5e 5 peças de automóveis que neste momento são feitos em plástico;
b)Das 5 peças apontadas por si, diga em que tipo de polímero estas são p
9.Esclareça a razão porque se reforça polímeros com fibras, apvantagens e as suas desvantagens na utilização destes reforços.
Exercícios
10P ã tili tii ité i ij ã
ObjetivospropostosExercíciosPróxima aula Bibliografia
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10.Porque razão se utiliza materiais mais técnicos na injeção e mais materiais considerados decommodities?
11.O polímero pode variar as suas propriedades de lote de materiamaterial, porque razão isto acontece?
Exercícios
ObjetivospropostosExercíciosPróxima aula Bibliografia
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Aat is tAe importance of melt viscositJ on polJmer processAJ is it diQc'lt to prod'ce proBles RitA loR tolerances RitApolJoleBnsP&onsider tAe LoR of a polJmer in a pipe9 AJ is tAis LoR nonotA in tAe radial and doRncAannel directionsPToR does “RallSslip” aect LoR of a polJmer in a pipeP >Ae last slide lists tAe main properties of polJmers aectingprocessailitJ9 @n oldM tAe properties tAat can e modiBed viadditivation or polJmeriGation9 &an Jo' V'stifJ in a feR Rordsof eacA propertJP
Objetivos propostos
BibliografiaObjetivospropostos
Próxima aula Exercícios
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Saber o que é um polímero? Porque razão estes materiais são tão populares? Conhecer todas as suas características que o tornam único e ddemais materiais
Saber as suas principais propriedades, de cada tipo de polímero Saber diferenciar as diferentes peças e os diferentes tipos de políme Saber apontar as diferentes tecnologias de transformação dos plásti
Explicar a importância para o nosso dia-a-dia Explicar as propriedades específicas de cada polímero Saber comparar os polímeros com os materiais mais populares cmetais
Bibliografia
Objetivospropostos BibliografiaPróxima aula
Exercícios
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Estes apontamentos; Material eletrónico fornecido, apresentações e outros documentos;
Fichas técnicas dos principais fabricantes de polímeros, Bayer, Lanxess, Dupont;
Fichas técnicas dos principais fabricantes de máquinas de moldaçãode equipamento auxiliar;
Manuais de apoio ao processamento por injeção da Bayer, BASF, TiDupont;
Sites de partilha de documentos, ebah, scribd; Sites dos principais fabricantes de maquinaria para indústria dFerromatik, Arburg, Krauss-Maffei, Engel, Demag;
Injection molding handbook, Rosato Introdução aos polímeros, Canevarolo
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