Características Mecânicas, Principais Características e Aplicações dos Materiais Poliméricos na Engenharia Civil

Características Mecânicas, Principais Características e Aplicações dos Materiais...

(Parte 3 de 3)

6 - CONCLUSÕES

Os materiais poliméricos apresentam várias propriedades mecânicas e termomecânicas, pode – se perceber que esses materiais apresentam uma baixa resistência à tração, mas possuem um alongamento à ruptura alta em comparação com os metais e cerâmicos, que sugere seu uso em aplicações que necessitem um maior alargamento do material, alem disso alguns polímeros apresentam uma boa resistência ao impacto.

A temperatura também tem fator decisivo na criação e utilização dos materiais poliméricos, pois as características termomecânicas têm as suas particularidades e interferem nas características mecânicas gerando um efeito em cadeia para uma influência nas propriedades finais desses materiais.

Com o passar do tempo as engenharias como um todo criam cada vez mais dependência de materiais poliméricos. Na construção civil tais materiais estão sendo capazes de abaixar custos e tornar os projetos mais duradouros e resistentes, afetando cada vez menos o meio ambiente.

7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CALLISTER, W. D.. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.

VAN VLACK, L. H. Princípios de ciência dos materiais. São Paulo: E. Blücher, 1970.

SHACKELFORD J. F. Introdução à ciência dos materiais para engenheiros. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.

MANO, E. B. Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: E. Blücher, 1991.

AKCELRUD, L. Fundamentos da ciência dos polímeros. 1.ed. São Paulo: Manole, 2006.

PARETO, L. Resistência e ciência dos materiais. São Paulo: Hemus, 2003.

GARCIA, Amauri. Ensaios dos Materiais. São Paulo, Editora LTC. 2000.

ANEXO A

Problemas sobre as Características Mecânicas e Termomecânicas dos Polímeros

Perguntas:

Questão 01

A seguir são mostradas as temperatura de fusão e de transição vítrea para diversos materiais poliméricos.

MATERIAL

Tg(ºC)

Tm(ºC)

Polietileno de baixa densidade,

semicristalino

-110

115

Polietileno de alta densidade,

semicristalino

-90

137

Cloreto de Polivinilo,

semicristalino

105

212

Polipropileno, amorfo

-20

175

Poliéster (PET), semicristalino

73

265

Se procura um material para fabricar chuveiros elétricos. Dito material deve suportar, em operação, temperaturas máximas de 50ºC, sem se deformar. Qual ou quais dos cinco materiais listados seriam adequados para esta aplicação? Qual ou quais são as temperaturas mínimas de conformação do material ou materiais que você escolheu?

Questão 02

Precisa-se fabricar garrafas plásticas para refrigerantes. Para projetar essas embalagens considere o seguinte:

- Inicialmente as garrafas serão submetidas a um processo de esterilização a uma temperatura de 80ºC r logo resfriadas rapidamente até temperatura ambiente.

- Após a esterilização as garrafas serão cheias com refrigerante.

- As garrafas cheias serão transportadas num caminhão a uma temperatura de 30ºC e posteriormente estocadas no supermercado a uma temperatura de 8ºC.

O material para fabricar as garrafas deve ser escolhido na seguinte relação:

MATERIAL

Tg(ºC)

Tm(ºC)

ESTRUTURA

Plástico 1

10

95

Semicristalino

Plástico 2

4

65

Semicristalino

Plástico 3

20

90

Amorfo

Plástico 4

-4

105

Semicristalino

Plástico 5

4

90

Amorfo

A garrafa no deve deformar-se nem apresentar defeitos durantes as etapas de esterilização, transportação e estocagem no supermercado. Faça uma analise de cada um dos plásticos listados na tabela anterior e determine a possibilidade de utilização para a fabricação das garrafas. Coloque suas conclusões na tabela a seguir:

Questão 03

É necessário fabricar uma vedação para a cobertura de um tanque em uma fábrica. Com base na tabela a seguir, escolha os polímeros que são adequados para fabricar a vedação, se o tanque contém um líquido sob pressão e a uma temperatura de 50 º C. Justifique sua resposta. Leve em conta que o critério principal é que a vedação não se deforme em uso por causa da pressão do líquido quente sobre ele.

MATERIAL

Tg(ºC)

Tm(ºC)

Polietileno de baixa densidade,

amorfo

-120

115

Polietileno de alta densidade,

semicristalino

-120

137

Cloreto de Polivinilo,

semicristalino

87

175

Polipropileno, amorfo

-16

168

Poliestireno, amorfo

85

240

Questão 04

Vai ser utilizado um material plástico para fabricas a luminária de uma lâmpada mesa como a mostrada na foto.

Estima-se que quando a lâmpada está acesa, o calor gerado vai fazer com que a temperatura da luminária atinja os 55ºC. Para fabricar a luminária estão disponíveis os seguintes materiais:

a) Polietileno de alta densidade (PEAD), semicristalino. Tg = 41ºC, T = 121°C

b) Polietileno de baixa densidade (LDPR), amorfa. Tg =35ºC, T = 80ºC

c) Cloreto de Polivinilo (PVC), semicristalino. Tg = 2ºC, T = 85ºC.

Qual ou quais dos três materiais você iria selecionar para fabricar a luminária?

Justifique a sua resposta com o máximo de detalhes possíveis.Resoluções:

Questão 01

Analisando a tabela temos duas situações possíveis:

  • Polietileno de baixa densidade, por ser um material semicristalino sua utilização é otimizada quando a temperatura de uso se encontra entre temperatura de transição vítrea e a temperatura de fusão que correspondem a -110ºC e 115°C, tornando possível sua utilização.

  • Polietileno de alta densidade, também é um material semicristalino cujas temperaturas de transição vítrea e temperaturas de fusão correspondem a -90°C e 137°C.

Os outros materiais não foram utilizados, pois suas características de utilização não correspondem à temperatura do problema em questão.

Questão 02

Plástico 1. Seu uso não é recomendado, pois no processo de estocagem o material seria levado a uma temperatura de 8°C que corresponde à temperatura abaixo de Tg, como ele é um material semicristalino, ocorreria a sua fragilização e inutilidade.

Plástico 2. Não é recomendado, pois na esterilização, o material é elevado a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão (Tm), fazendo com que o material escoa – se, pois ele tem estrutura semicristalina.

Plástico 3. Não é recomendado, pois num material amorfo os processos feitos entre Tg e Tm ocasionam o escoamento do material. É o que ocorre na esterilização do material.

Plástico 4. Recomendado, pois em todos os processos que irá sofrer não ocorrerá mudança alguma (processos entre Tg e Tm).

Plástico 5. Não é recomendado, pois em processos cujas temperaturas são inferiores a Tm e superiores a Tg resultará na deformação desse material.

Questão 03

Para ser adequado o material polimérico deve permanecer intacto a uma temperatura de 50°C e também deve resistir à pressão. Tem – se que o Polietileno de alta densidade (semicristalino) e Poliestileno (amorfo) são adequados. Pois para os materiais amorfos temperaturas abaixo da Tg garantem a sua não deformação, o que ocorre nessa questão. Para materiais semicondutores as temperaturas entre Tg e Tm são as necessárias para o uso, o que também ocorre nessa questão.

Questão 04

Para que a luminária funcione corretamente sem qualquer dano o material usado deve suportar a temperatura máxima que é de 55°C sem se deformar, mas não podemos esquecer que quando a lâmpada não estiver ligada a temperatura do material se igualará a temperatura ambiente (em torno de 25°C, ou seja, o material também tem que permanecer sem danos nessa temperatura.

Logo:

  1. Não poderá ser usado, pois como ele é um material semicristalino na temperatura ambiente ele está abaixo da temperatura Tg, faixa em que esse material se torna frágil.

  2. Não poderá ser usado, pois se trata de um amorfo e quando ligada ou não a luminária, estará entre as temperaturas Tg e Tm, na qual as cadeias podem se movimentar e acabar se deformando.

  3. Deverá ser usada, trata – se de um semicristalino, no qual as temperaturas de uso na luminária encontram entre as temperaturas Tg eTm, faixa na qual seu uso não corre riscos de deformações.

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