Parte I - v22.pdf - Grupo de Mecânica Aplicada

Índice1. O Plástico................................................................................................................................................31.1 Introdução e síntese histórica.........................................................................................................31.2 O que é o plástico?.........................................................................................................................91.3 Características gerais dos plásticos...............................................................................................112 Propriedades Físicas dos Plásticos..........................................................................................................142.1 Propriedades mecânicas...............................................................................................................142.2 Propriedades térmicas..................................................................................................................242.3 Propriedades elétricas..................................................................................................................262.4 Propriedades óticas......................................................................................................................272.5 Características de desgaste...........................................................................................................272.6 Usinabilidade...............................................................................................................................272.7 Tolerâncias dimensionais.............................................................................................................282.8 Alterando as propriedades dos plásticos.......................................................................................282.9 Efeitos ambientais sobre os plásticos............................................................................................292.10 Seleção do material adequado....................................................................................................303. Alguns Polímeros de Importância Industrial..........................................................................................343.1 Plásticos commodities..................................................................................................................343.2 Plásticos de engenharia................................................................................................................38Referências...............................................................................................................................................40Apêndice A – Cotação de plásticos no Brasil.............................................................................................41Apêndice B – Normas ASTM para determinação de propriedades de materiais plásticos...........................41Apêndice C – Algumas siglas comuns da literatura sobre plásticos............................................................41Apêndice D – Métodos de processamento típicos para plásticos.................................................................4148

1. O Plástico1.1 Introdução e síntese históricaOs plásticos possuem propriedades únicas quando comparados com outrosmateriais, e têm contribuído muito para alterar a qualidade de vida do ser humano,particularmente nas últimas décadas, dado o seu emprego maciço em todas as áreas.Quando adequadamente empregados, os componentes plásticos realizam suas funções a umcusto que outros materiais não conseguem atingir. Isto traz reflexos diretos para oengenheiro, em especial para aquele que projeta componentes que serão confeccionados apartir deste fascinante material.Existem muitos plásticos naturais como a borracha, o asfalto e a celulose. Noentanto, foi a sintetização de plásticos em escala industrial que permitiu não apenas que esteatingisse os mais diversos setores do cotidiano moderno, mas também abriu a possibilidadede se explorar propriedades específicas visando cada aplicação especial. Isto culminou comuma gama impressionante de plásticos disponíveis para os mais diversos usos. Édesnecessário tentar mencionar as áreas onde os materiais plásticos encontram aplicaçãohoje em dia – basta citar que a partir de 1973 a produção mundial de plástico superou a doaço (em volume).A produção industrial de plásticos iniciou em 1909 com o desenvolvimento dofenol-formaldeído plástico (Baquelite) por L. H. Bakeland, e ainda hoje os materiaisfenólicos são importantes para a engenharia. Mas a indústria de materiais plásticos sóavançou seriamente a partir de 1930, quando os processos químicos para produção deNylon, uretanos e fluorcarbonos (Teflon) foram desenvolvidos. Nesta época também seiniciou a produção de celulose, acetato, melamina e compostos moldáveis à base deestireno. Simultaneamente, apareceram no mercado as primeiras máquinas voltadas àprodução industrial de peças plásticas baseadas em injeção, sopro e vácuo.As chapas de acrílico foram largamente empregadas para fabricação de carlingas deaviões durante a II Guerra Mundial. Resinas transparentes de poliéster, filmes de vinilcloridro,polietileno e resinas de silicone também foram desenvolvidas nesta época, assimcomo as primeiras garrafas de polietileno e tubos de pasta de dente fabricados com acetato.Após a II Guerra a produção de resinas de vinil se iniciou, foi introduzida asinalização traseira em automóveis – fabricada em acrílico, e os plásticos começaram a serempregados pesadamente em eletrodomésticos. Uma nova geração de plásticos estavanascendo.No entanto, as propriedades e o comportamento deste novo material ainda não erambem compreendidos, e muitos produtos falhavam ocasionalmente, criando inicialmente umaimpressão negativa sobre plásticos para o público consumidor. Os químicos continuavam adesenvolver novos materiais, como ABS, acetal, polivinil-fluoridro, ionômeros epolicarbonetos. Os processos como moldagem por injeção, termo-conformação, extrusão,moldagem por transferência e fundição já estavam bem desenvolvidos. Isto permitiu que aindústria finalmente substituísse muitos materiais por plásticos, a um custo bastante inferior,nas mais diversas aplicações.O número de variações e formulações possíveis para combinar os elementosquímicos usados em plásticos é virtualmente infinito. E é justamente esta variedade quetorna o trabalho de selecionar o melhor plástico para uma dada aplicação um desafio. Osplásticos englobam um grande e variado grupo de materiais que consiste basicamete deCarbono, Oxigênio, Hidrogênio, Nitrogênio e outros elementos orgânicos ou inorgânicos.A maior parte dos plásticos é empregado na forma sólida, mas em algum estágio da sua

que posteriormente receberiam o nome derayon.1885 George Eastman Kodak patenteia a máquinapara produzir filme fotográfico contínuo.1887 Goodwin inventa o filme fotográfico decelulóide e seu processo de fabricação.1891 Chardonnet, na França, regenera celulose vianitrato.1892 Primeira síntese do celofane, um filmetransparente produzido a partir da regeneraçãoda viscose, ou seja, celulose dissolvida.Contudo, somente na década de 1910 essematerial atingiria maturidade comercial1894 Cross e Bevans introduzem o acetato decelulose após desenvolverem pesquisas sobreésteres de celulose para se encontraralternativas não-inflamáveis ao nitrato decelulose (celulóide).1897 Adolph Spitteler, da Bavária (Alemanha),descobre (provavelmente por acidente) epatenteia resinas a base de caseína. Estematerial é feito a partir de leite batido ecoalhado, curado por imersão em formaldeído.Seu nome comercial era galatita.1899 Arthur Smith, da Inglaterra, patenteia resinasde fenol-formaldeído, que substituem aebonite como isolador elétrico.1900 Descoberta do silicone por Frederic StanleyKipping.1903 Stern & Topham desenvolvem método para seproduzir seda artificial, a chamada viscose.1907 Leo Baekeland, dos E.U.A., consegue aprimeira de suas 177 patentes relativas aresinas de fenol-formaldeído.1908 Charles Frederick Cross inventa o celofane,mistura de acetato de celulose e viscose rayon.1909 Leo Baekeland, dos E.U.A., patenteia aBaquelite, a primeira resina termofixa asubstituir materiais tradicionais comomadeira, marfim e ebonite. Baquelite setornou sinônimo deste material.Hermann Staudinger inicia o desenvolvimentoda borracha sintética (isopreno)Hugh Moore funda a Dixie Cup Co.,fabricante de copos descartáveis,especialmente para atender a uma leipromulgada no estado de Kansas (E.U.A.), aqual proibia o uso de xícaras comunitárias emtrens. Seu objetivo era restringir adisseminação de doenças como a tuberculose.1910 Iniciada a produção de meias femininas naAlemanha. Construída a primeira fábrica derayon nos E.U.A.1911 Brandenberger, na Suíça, inicia a produçãocomercial do celofane1912 Ostromislensky, na Rússia, patenteia umprocesso de polimerização do cloreto devinila, obtendo-se PVC. Contudo, adecomposição do polímero durante o processoinviabiliza seu desenvolvimento comercial.Fritz Klatte patenteia um método para aprodução de seu monômero, cloreto de vinila;ele logra polimerizá-lo em PVC, mas essaresina ainda teria de esperar até a década de1914 Início do uso de soluções de acetato de clulosecomo verniz para aviões e de madeiracompensada para fuselagens.1918 Hans John prepara resinas através da reaçãode uréia com formaldeído.1919 Introdução comercial do acetato de celulose.1920 A década de 1920 marca o início de uma "erade ouro" nas descobertas sobre síntese depolímeros. É quando Hermann Staudinger, daAlemanha, se envolve na pesquisafundamental sobre os mecanismos depolimerização de moléculas orgânicas.1921 O rayon começa a ser produzidocomercialmente.1922 Hermann Staudinger, da Alemanha, sintetiza aborracha.1924 Fibras de acetato de celulose.1926 Hermann Staudinger inicia o trabalho queprovará que os polímeros são constituídos demoléculas em forma de longas cadeiasformadas a partir de moléculas menores apartir de polimerização. Anteriormente seacreditava que os plásticos eram compostos deanéis de moléculas ligados.Kurt Meyer & Herman Mark usam raios Xpara examinar a estrutura interna da celulosee outros polímeros, fornecendo evidênciasuficiente da estrutura multiunitária dealgumas moléculasA primeira injetora comercial foi patenteadana Alemanha, mas a produção em escalaindustrial só se tornou possível em 1937.1927 A descoberta de plastificantes adequados parao acetato de celulose viabiliza esse materialcomo alternativa para o celulóide, que é bemmais inflamável.Aparece o PVCW. Semon, da B.F. Goodrich (E.U.A.),descobre como plastificar facilmente o PVCOtto Rohm, na Alemanha, desenvolve opoli(metilmetacrilato) e inicia sua produção,em escala limitada, em Darmstadt.1928 Ziegler inicia seus trabalhos sobre químicaorganometálica e lança os fundamentos para acatálise na polimerização do polietileno epolipropilenoInício da produção de PVC nos E.U.A.1929 A Dunlop Rubber Co., da Inglaterra, produz,pela primeira vez, a espuma de borracha.Surge a borracha sintética de polisulfeto(Thyokol) e resinas a base de uréiaformaldeído.1930 A BASF/I.G. Farben (Alemanha) desenvolve opoliestireno. A Dow Chemical Co. (E.U.A.)iniciou o desenvolvimento dessa resina nessemesmo ano, mas a produção comercial só seiniciou em 1937.W.L. Semon, da B.F. Goodrich (E.U.A.)modificou o P.V.C. de forma a melhorar suatransformação e aumentar seu potencialcomercial.

1931 J.A.Hansbeke desenvolve o neoprene.A Imperial Chemical Industries - I.C.I.(Inglaterra) desenvolve o polietileno, quasepor acidente, quando E.W. Fawcett e R.O.Gibson observam uma pequena quantidade deuma cera produzida após experimentos cometileno.Surge o neoprene, outro tipo de borrachasintéticaA empresa Formica patenteia o materialhomônimo (núcleo de papel fenólico revestidosuperficialmente de uréia-formaldeído),iniciando um negócio de enorme sucessoInício da produção do P.V.C. na Alemanha1932 Aperfeiçoamentos em compostos de uréiatiouréia-formaldeídona British Cyanides Co.gera a produção de resinas de uréiaformaldeídoDesenvolvimento da Buna N (acrilonitrilabutadieno)e Buna S (estireno-butadieno) naAlemanhaInício da produção comercial de neoprene nosE.U.A., pela Du Pont1933 Descoberta do processo de polimerização doprocesso de polimerização sob alta pressão dopolietilenoPesquisadores da I.C.I. (R. Hill e J.W.C.Crawford) iniciam o desenvolvimento dopoli(metil metacrilato) - PMMA, que seriamais tarde comercializado com os normescomerciais de lucite, plexiglas, acrílico, etc.Produção dos primeiros artigos de poliestirenomoldados por injeção.1934 Wallace Hume Carothers, da Du Pont(E.U.A.) desenvolve o nylon, originalmente naforma de fibra.1935 Carothers e Du Pont patenteiam o nylon.A Henkel patenteia a produção de resinasbaseadas em melamina.1936 A I.C.I. patenteia a polimerização dopolietileno a partir do etileno.Uso do PVA, poli(acetato de vinila), e dopoli(vinilbutiral) em vidros laminados desegurançaIniciada a produção em larga escala depoliestireno na Alemanha.1937 Wallace Carothers se suicida antes que onylon seja apresentado ao público, o queocorreria entre 1938 e 1939, com a marcacomercial de Exton. O mais irônico é queCarothers se matou por se achar um fracasso.Otto Bayer começa o desenvolvimento dospoliuretanos na I.G. Farben.A Alemanha começa a produção comercial deborrachas sintéticas, estireno-butadieno (BunaS) e butadieno-acrilonitrila (Buna N).Inicia-se a produção de poliestireno nosE.U.A.1938 Roy Plunkett (Du Pont) descobreacidentalmente o teflon ou PTFE -poli(tetrafluoretileno). Ele constatou que umcilindro cheio desse gás estava, na verdade,vazio. Ao cortá-lo, verificou-se a presença deum resíduo branco em seu interior. Nasceuassim o teflon...Surgem fibras de nylon 66, fabricadas nosE.U.A. pela Du PontIniciada a produção comercial de melamina.1939 A I.C.I., da Inglaterra, patenteia o processo decloração do polietileno.A mesma empresa inicia a produção comercialde polietileno de baixa densidadeIniciada a produção de resinas de melaminaformaldeídoe poli(cloreto de vinilideno)Iniciada a produção industrial de PVC nosE.U.A.Mangueiras de gasolina feitas de neoprene,fornecido pela Du Pont, tornam-se comum nosE.U.A.1940 Resinas de acrílico (PMMA) começam a serlargamente usadas em janelas de aviões.Produção de borracha butílica nos E.U.A.Início da produção de PVC na Inglaterra.1941 A I.G. Farben (Alemanha) começa a produçãode poliuretanos.A Kinetic Chemical Ltd patenteia o teflon.J.R. Whinfield e J.T. Dickson (Calico PrintersAssociation) conseguem produzir fibras dePET - poli(tereftalato de etileno), sendolançado com o nome comercial de Terylene.1942 Alemanha: desenvolvimento de silicones eresinas a base de fluorcarbonoE.U.A.: borachas de estireno-butadieno(SBR).Início da produção industrial de siliconeA Becton Dickinson Co. desenvolve aprimeira embalagem "blister" termoformada.1943 Construída a primeira planta em escala pilotopara a fabricação de teflon (PTFE). Aprodução comercial só teria início em 1950.Começam os estudos sobre o uso de fibras devidro como agentes de reforço para resinasplásticas.Primeiros usos industriais do poliuretanoIntrodução do poliisopreno nos E.U.A.1946 Os organosóis e plastissóis são introduzidosno mercado americanoA Wachusett Tools & Dies Co., dos E.U.A.,inova usando ligas de cobre-berílio nacavidade de moldes para resinas plásticasA Chrysler usa, pela primeira vez, lentes deacrílico nas lanternas traseiras de seusveículosEarl S. Tupper começa a produzir copos depolietileno, dando início à famosa TupperwareCo.Valdes Kohinoor Inc., dos E.U.A., inicia aprodução de "zippers" de náilon.1947 Surgimento das resinas epóxiO.D. Black & D. Mackey, da R.C.A., criam oprimeiro circuito impresso.1948 Surgimento dos polímeros ABS e fibras deacrílico.1949 Brasil: Fundada a primeira fábrica depoliestireno, a Bakol S.A., em São Paulo.1950 Iniciada a produção comercial do poliestirenode alto impacto.Surgimento das fibras de poliésterInício da produção de PTFE (Teflon) em largaescala pela Du PontA mesma firma introduz o polietileno

clorossulfonado e fibras de acrílico nomercado americanoA Kautex Werke introduz o primeiroequipamento comercial para moldagem porsopro, com pré-forma extrudadacontinuamente e extremidade aberta.1951 Desenvolvimento do processo para produçãode espuma de poliestireno, material maisconhecido pelo nome comercial de isoporL.Meyer & A. Hwell requerem a primeirapatente para o processo de pultrusãoWilliamH. Willert, dos E.U.A., inventou a injetoracom plastificação através de rosca; a patentefoi requerida em 1956 mas a indústria só aaceitou a partir de 1962, deflagrando umarevolução na moldagem por injeção.1952 Iniciada a produção de discos LP (long-play) ecompactos feitos de PVC, substituindo asresinas fenólicas e a base de goma laca queeram usadas até entãoA Du Pont inicia a comercialização de filmesde PET orientados.1953 Iniciada a produção do PEAD - polietileno dealta densidade, sob a marca comercialPolithene, da Du Pont.Karl Ziegler (Alemanha) desenvolvecatalisadores de íons metálicos para promovera polimierização regular do polietileno. GiulioNatta (Itália) desenvolve catalisadores de íonsmetálicos para a produção de polímerosisotáticos, tais como o polipropileno. Ambosreceberam um Prêmio Nobel em 1963 pelofeito.Hermann Staudinger recebe o Prêmio Nobelde Química pelo seu estudo sobre ospolímeros.Desenvolvimento do policarbonato porHermann Schnell.A G.M., em associação com a MorrisonMolded Fiberglass Products Co., produzexperimentalmente 300 automóveis Corvettecom carroceria totalmente feita em poliéstertermofixo reforçado com fibra de vidro.1954 Desenvolvimento de espumas de poliuretanonos E.U.A.A A.T.T. aprova o uso de cabos revestidos dePE no primeiro cabo telefônico submarinoentre os E.U.A. e a EuropaA Mobay (que mais tarde receberia o nome deMiles Inc.) introduz o poliuretano nos E.U.A.1955 Produção comercial de PEAD através dosprocessos Phillips (catalisadores de óxido demetal) e Ziegler (catalisadores de alquila dealumina)Consegue-se a polimerização do poliisopreno,a porção sintética da borracha natural, peloprocesso de Ziegler-Natta; a primeiraaplicação comercial surgiu em 1959Brasil: entra em operação a Eletrocloro (atualSolvay), em Rio Grande da Serra SP,produzindo PVC.1956 Surgimento dos poliacetais (polioximetileno)Iniciada a aplicação em larga escala de resinaepóxi reforçada com fibra de vidro nafabricação de circuitos impressos.1957 Produção comercial de polipropileno pela1958 Pesquisas sobre policarbonatos produzidos apartir do bis-fenol A na Alemanha (Bayer) eE.U.A. (General Electric Co.) levam àprodução comercial dessa resina.Brasil: Entra em operação a Union Carbide,em Cubatão SP, produzindo polietileno debaixa densidadeSurgimento da primeira embalagem comercialde PEAD moldada por sopro nos E.U.A.1959 Iniciada a produção de acetais (POM) pela DuPont (E.U.A.), sob a marca comercial DelrinInício da produção de fibras de carbono pelaUnion Carbide.1960 Surgimento da borracha de etileno-propileno edas fibras spandex.1961 Construído o primeiro vagão-tanqueferroviário com plástico reforçado nos E.U.A.1962 As poliimidas são introduzidascomercialmente pela Du Pont (E.U.A.)A Phillips lança o copolímero em bloco deestireno-butadienoA Du Pont lança a poliimida, resinatermoplástica que suporta até 400°CA Pennwalt Co. lança o polivinilidenoA Shell Chemical lança um amplo programapromovendo o uso de PEAD na fabricação degarrafas para acondicionamento de leite.1963 Ziegler e Natta recebem o Prêmio Nobel deQuímica pelos seus estudos sobrecatalisadores para a síntese de polímeros.F.H. Lambert desenvolve um processo para amoldagem de poliestireno expandido, materialmais conhecido pela marca comercial Isopor(R).1964 A G.E. lança o poli(óxido de fenileno)Os projetistas britânicos Gibbs & Cox iniciamum estudo de viabilidade de um navio caçaminascom 92 metros de comprimento, o qualse tornou realidade posteriormenteEntrada em operação comercial da primeiramáquina para a produção de garrafas sopradasde PEAD para acondicionamento de leite.1965 A Du Pont (E.U.A.) inicia a produçãocomercial das polissulfonas.A General Electric (E.U.A.) e a Aku(Holanda) introduzem o P.P.O.Surgem os poliésteres aromáticos e osionômeros.Surgem os copolímeros em bloco de estirenobutadieno,dando origem aos elastômerostermoplásticos.Desenvolvimento do Kevlar, fibra de altaresistência, por Stephanie KwolekA Owens-Corning Fiberglass inicia aconstrução de tanques subterrâneos degasolina feitos de plástico reforçado.1966 A Shell Chemical lança o Kraton, umelastômero termoplástico estirênico usado emadesivos sensíveis à pressão e componentes desapatosIntrodução de fibras óticas feitas de polímero.1967 Criada, no Brasil, a Petroquisa, subsidiária da

Petrobrás dedicada à petroquímica.1968 A Union Carbide desenvolve seu processo depolimerização sob baixa pressão denominadoUnipol, tornando possível a síntese depolímeros otimizados, tais como o polietilenolinear de baixa densidade - PELBD.Lançada a primeira garrafa de PVC parabebidas alcoólicas nos E.U.A. Contudo, ela élogo removida do mercado por não ter sidoaprovada pelo governo. Isso não ocorreu naEuropa, onde o PVC foi muito popular nafabricação de garrafas para água e vinho1960-1970Outros desenvolvimentos no período: adesivosde cianoacrilato, copolímeros de etilenoacetatode vinil, ionômeros,polibenzididazolas, tanques de combustívelfeitos de PEAD.1970 A Coca-Cola inicia testes de mercado usandogarrafas de plástico transparentes. Tratava-seda primeira garrafa plástica do mundo paraacondicionar bebidas carbonatadas, feita demetacrilonitrila/estireno - AN. Este, semdúvida, é um marco histórico dos maisimportantes na história do plástico, quando seconsidera o enorme impacto que a garrafa deplástico teve no mercado de refrigerantes,substituindo totalmente as garrafas de vidrono final da década de 1970 nos E.U.A. e nofinal da década de 1990 no Brasil. A garrafade AN, infelizmente, foi proibida em 1977pela Food and Drug Administration para usoem bebidas carbonatadas. Foi a oportunidadepara que o projeto de garrafa da Du Pont, queusava o PET como resina, ganhasse omercado. Um aspecto vital para a viabilizaçãodessa aplicação do plástico foi odesenvolvimento do processo de sopro degarrafas com estiramento biaxial, processoque a Du Pont desenvolveu neste ano epatenteou em 1973.A Hoechst lança o poli(tereftalato de butileno)- PBT na AlemanhaAs primeiras garrafas plásticas para óleoscomestíveis nos E.U.A. são feitas de PVC1972 Começa a funcionar, em Mauá (SP), aPetroquímica União, que viabilizou aprodução de resinas plásticas em grandeescala no Brasil, com a criação da Poliolefinas(atual OPP, produtora de PEBD), Polibrasil(PP), Porquigel (PS), Trikem (PVC), etc.A I.C.I. lança a poli(étersulfona) na InglaterraA Toyo Seikan, no Japão, desenvolve umagarrafa multicamada feita de polipropileno epoli(álcool etilenovinil) para aplicaçõesenvolvendo produtos alimentícios1973 A produção mundial de plásticos supera a deaço, tomando como base o volume de materialfabricado.1974 Ocorre o primeiro grande choque do petróleoapós conflitos no Oriente Médio, afetandoprofundamente a indústria dos plásticos. Oóleo cru sobe 300%, forçando um aumento de200% no preço do etileno, o principal insumoda indústria petroquímica, e uma elevação de50 a 100% no preço de polímeros sintetizadospor via petroquímica. Cresce o interesse pela1975 A Union Carbide começa a produçãocomercial de polietileno linear de baixadensidade - PELBD nos E.U.A. usando seuprocesso Unipol1976 A Du Pont lança o Zytel ST (PA 6,6).As patentes sobre os catalisadores de Ziegler-Natta para a produção de PP, que erampropriedades da Montesidon, estão paravencer, motivando a construção de inúmerasplantas na Europa para a produção dessaresina. Tal massificação fará com que o PPseja apelidado de "o novo aço doce" nos anosseguintes...São lançados no mercado utensílios deplástico para uso em fornos de micro-ondasAs primeiras garrafas de PET pararefrigerantes são produzidas em escalacomercial pela Amoco para a Pepsi-Cola1977 A I.C.I. sintetiza, pela primeira vez, o PEEK.1978 Atuando de forma independente, a UnionCarbide e a Dow Chemical conseguemgrandes reduções no custo do PEBDL,viabilizando economicamente o filme feitocom essa resina.1979 O início de atividades do Polo Petroquímicode Camaçari (BA) e a implantação de suaCentral de Matérias Primas (COPENE)viabilizou o surgimento de outros fabricantesbrasileiros de plásticos: Politeno (PEBD eEVA), Polialden (PEAD), Trikem (PVC),EDN (PS), Polipropileno (atual Polibrasil,fabricante de PP), Policarbonatos (PC), CPB(ABS/SAN) e outras.1970-1980Outros desenvolvimentos no período:polibuteno isotático, poli(tereftalato debutila), elastômeros termoplásticos baseadosem copoliésteres, poli(sulfeto de fenileno),borracha de polinorborneno, poliarilatos,polifosfazenos, lentes de contato flexíveis,moldagem por injeção reativa (RIM), garrafaspara bebidas feitas de PET, espumasestruturais, poliétersulfona, polimerização emfase gasosa (Unipol), poliarilatos, sacos desupermercado feitos de PEAD.1980 Lançamento comercial do polietileno linear debaixa densidade (PEBDL).Neste ano foram produzidas 2,5 bilhões degarrafas para refrigerante em PET; que eramvirtualmente inexistentes em 1976.Inicia-se o uso intensivo de esterilizaçãoatravés de radioatividade, abrindo um novomercado para o uso dos plásticos na medicina1981 A Monsanto introduz o Santoprene, que foi oprimeiro elastômero olefínico comvulcanização dinâmica a ser introduzidonomercado.1982 A G.E. introduz a poli(éterimida).Pesquisadores da Bayer, em conjunto com osdesenvolvedores da tecnologia de compactdiscs, desenvolvem novos graus depolicarbonato de alta transparência mais

adequados para este tipo específico deaplicação.1983 A I.C.I. e a Bayer lançam o PEED, PES e PPScomo novos termoplásticos de engenharia.A FCC, agência federal americana, exige quecarcaças de plástico que alojam circuitoseletrônicos em eletrodomésticos apresentembloqueio eletromagnético.A crescente popularização dos fornos demicro-ondas promove o desenvolvimento dasprimeiras embalagens próprias para cozimentoneste tipo de forno.1984 Pela primeira vez é usado um tanque decombustível feito de plástico num automóvelamericano, usando PEAD sulfonado paraaumentar as propriedades de barreira daresina. Esse tipo de tanque já era usado naEuropa e em veículos militares americanos.1985 Entrada em operação do Polo Petroquímico deTriunfo (RS) que, com sua Central deMatérias-Primas (COPESUL), viabilizounovas empresas produtoras de plásticos:Poliolefinas (atual OPP, produtora de PEBD eEVA), PPH (atual OPP, produtora de PP),Ipiranga Petroquímica (PEAD) e PetroquímicaTriunfo (PEBD).1987 A 3D Systems (E.U.A.) introduz aestereolitografia.1980-1990Outros desenvolvimentos no período:polissilanos, polímeros de cristal líquido,1990 Começa a era dos plásticos biodegradáveis: aWarner Lambert desenvolve o Novon, resina abase de amido; a I.C.I. lança do Biopol.A Eastman Chemical Co. e a Goddyearconseguem reciclar com sucesso garrafas dePET pós-consumo, transformando o polímeroem monômero puro.1995 Lançados as primeiras resinas polimerizadasusando-se os catalisadores de metalocenoOcorre, no Brasil, a privatização do setorpetroquímico.2000 Novas tendências no desenvolvimento depolímeros. O desenvolvimento de resinas apartir do zero se torna bem mais raro. Aênfase atual está na formulação de polímerosjá existentes de forma a se obter materiaiscom propriedades otimizadas.A preocupação com a reciclagem dospolímeros torna-se assunto de máximaimportância, uma vez que seudesenvolvimento e uso serão inviáveis casoesse problema não seja adequadamenteresolvido. Começa a reciclagem em largaescala de garrafas de poliéster e PEAD.Tabela 1: Síntese histórica dos desenvolvimentos empolímeros.1.2 O que é o plástico?O plástico é um polímero, e a etimologia dessa palavra explica o nome. O termomero vem do Grego e significa parte, elemento. Então monômero – uma combinação deelementos químicos – se refere ao elemento básico de um plástico (um mero). Quando osmanômeros são aglomerados através de calor e pressão, originam-se longas cadeias demoléculas denominadas polímeros. As moléculas de um monômero são unidas por fortesligações atômicas, mas as cadeias de polímeros se unem entre si por forças normalmentemuito menores, o que explica parcialmente seu comportamento característico.O monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois essa é a rota maisbarata. É possível obter-se monômeros também a partir da madeira, álcool, carvão e até doCO 2 , pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, o átomo principal que constituios materiais poliméricos. Estas últimas possibilidades, contudo, aumentam o preço domonômero obtido, tornando-o não competitivo. No passado, os monômeros eram obtidosde resíduos do refino do petróleo. Hoje o consumo de polímeros é tão elevado que essesresíduos de antigamente tem que ser produzidos intencionalmente nas refinarias paraatender a demanda.Existem diversas formas de se construir uma cadeia de polímeros. A Fig. 1 ilustrasimbolicamente o uso de três monômeros A, B e C (estes poderiam ser etileno, estireno,vinil-clorídro ou propileno, por exemplo).Dependendo da combinação dos arranjos, obtém-se diversos polímeros:

· Homopolímeros: A-A-A-A-A-A-A-A-A¼São polímeros construídos a partir de um único material (Fig.1a). Exemplos:Polietileno e alguns tipos de acetal. A Fig.2a ilustra o caso do polietileno.(a)Monômero AMonômero B(b)Monômero C(c)(d)Figura 1: Representação esquemática de polímeros.· Copolímeros:São polímeros construídos a partir de dois materiais. Podem ser do tipo alternadoalternado: A-B-A-B-A-B-A-B-A¼ (Fig.1b) ou do tipo agrupado (Fig.1c). Exemplos

do primeiro são o acrílico-etileno e o etileno-etil acrilato. O estireno-butadieno, oestireno-acrilonitrila e alguns tipos de acetal são exemplos de copolímerosagrupados. A Fig.2b ilustra o caso da borracha sintética SBR é formada pelarepetição de dois meros: estireno e butadieno.· Termopolímeros: A-B-C-A-B-C-A-B-C¼São polímeros construídos com diversos materiais (Fig.1d). Exemplos: estirenoacrilonitrila-butadieno(conhecido por ABS).Os dois monômeros em um copolímero são combinados durante uma reaçãoquímica de polimerização. Alguns plásticos são chamados de ligas por serem produzidossimplesmente misturando-se dois ou mais polímeros de modo que o resultado se beneficiedas propriedades de todos os componentes (se faz o mesmo com bons whiskeys). Mas nãoexiste uma reação química no processo. Exemplos de ligas plásticas são o óxido depolifenileno+estireno de alto impacto, o policarbonato+ABS e o ABS+PVC.Monômero de EtilenoPolietilenoéHêê|êCêê |êëH=H ù|úúC úú| úH úûnH H H H H H H H| | | | | | | |L - C - C - C - C - C - C - C - C -| | | | | | | |H H H H H H H HL(a)Monômero de EstirenoButadienoéHêê|êCêê |êëH=H ù|úúC úúúúûn-éHêê|êCêê |êëH-C|H=C|H-H ù|úúC úú| úH úûn(b)Figura 2: Composição química do polietileno (a) e da borracha SBR (b).1.3 Características gerais dos plásticosOs materiais plásticos são em geral extremamente sensíveis à pequenas alteraçõesnas suas propriedades químicas. O peso molecular é uma das mais importantes. Ao

contrário do que normalmente se pensa, existem plásticos com estrutura cristalina. Alémdisso, é possível classificar os plásticos em termorígidos e termoplásticos.1.3.a Peso molecularO peso molecular de um plástico está relacionado ao comprimento das cadeias dopolímero. Alterando-se este comprimento em um termoplástico (definido a seguir) pode-semudar suas propriedades finais e sua facilidade de ser moldado quando fundido.Os polímeros (ver Fig 1) possuem uma unidade de repetição (ou grupo molecular).No caso do homopolímero da Fig.1 ela é A, no copolímero a unidade de repetição é ogrupo molecular A-B- e assim por diante. O número dessas unidades em uma cadeia depolímero é chamado grau de polimerização. Por exemplo, se a unidade de repetição temum peso molecular 1 de 60 e a cadeia do polímero tem 1000 unidades de repetição, então opolímero tem um peso molecular de 60000. Ou seja, o peso molecular fornece um modo demedir quão longas são as cadeias de um dado material.O peso molecular de plásticos encontra-se normalmente entre 10 4 e 10 6 . À medidaque o peso molecular do polímero aumenta, torna-se mais difícil moldá-lo com aplicação depressão e calor. Um peso molecular de aproximadamente 200000 é um limite prático paraum polímero ainda permitir uma processabilidade razoável. Materiais como o polietileno deultra-peso-molecular (UHMWPE) possuem pesos moleculares da ordem de 3´10 6 a 6´10 6e necessitam de processos especialmente desenvolvidos para conformá-los.1.3.b Polímeros cristalinos e amorfosAlguns polímeros, uma vez solidificados, possuem arranjos cristalinos regularesdispostos em padrões estruturais repetidos (base centrada, corpo centrado, face centradaetc.), caracterizando-os como materiais cristalinos. Esses polímeros normalmente exibemum ponto de fusão bem preciso, de modo que são classificados como materiais sólidos.Uma pequena variação na temperatura em torno do ponto de fusão é suficiente paraliquefazê-los (a cera de vela é um exemplo de material com ponto de fusão preciso).Exemplos de polímeros cristalinos são o nylon, o acetal, o polietileno e o polipropileno. Ospolímeros cristalinos são interessantes para a indústria por permitirem um controle precisoda matéria prima durante o processo de fabricação. Além disso, este materiais possuempropriedades superiores aos demais, mas tendem a manifestar uma contração significativadurante o resfriamento.Já os materiais que não possuem estrutura cristalina são chamados de amorfos. Estemateriais apresentam um amolecimento gradual à medida que a temperatura é aumentada.Alguns exemplos de materiais amorfos são os acrílicos, policarbonatos e o ABS. Comopode ser muito difícil a manutenção de temperaturas homogêneas dentro dos equipamentosde processamento, estes materiais não fluem tão facilmente quanto os cristalinos durante amoldagem. A maioria dos plásticos e borrachas convencionais são polímeros amorfos.Outra diferença importante diz respeito ao comportamento viscoelástico dospolímeros, que é linear para os amorfos mas não-linear para os cristalinos.1 Peso molecular: soma do peso de todas as moléculas do grupo.

1.3.c Polímeros termorígidos e termoplásticosOs termos termorígido e termoplástico são tradicionalmente empregados paradescrever os diferentes tipos de materiais plásticos. Um plástico termorígido é como ogesso ou cimento: tem-se apenas uma chance de fundi-los e moldá-los. Estes materiaispodem ser curados ou polimerizados usando calor e pressão ou através de uma reaçãoquímica disparada com o uso de iniciadores (como nas resinas epóxi).Os termoplásticos, em geral, são como ceras. É possível fundi-los e moldá-losinúmeras vezes. Os materiais termoplásticos podem ser cristalinos ou amorfos. Os avançosda Química tem feito a distinção entre materiais cristalinos e amorfos menos clara, já quemateriais como o nylon podem ser formulados tanto como materiais cristalinos comoamorfos. Por outro lado, um mesmo material pode ser produzido para ser termorígido outermoplástico. A maior diferença entre estas duas classes de materiais é se as cadeias dopolímero permanecem lineares e separadas após a moldagem (como um espaguete) ou seelas são submetidas a mudanças químicas e formam uma rede tridimensional cheia deligações cruzadas (crosslinked). Um material deste último tipo é termorígido e não pode serremoldado. De novo, avanços recentes na Química estão criando cada vez mais exceções àessa regra. Ainda assim, quando reprocessados repetidas vezes, os termoplásticos podemmanifestar algum tipo de degradação.A classificação de um polímero em termorígido ou termoplástico determina tambémqual o processo mais adequado para moldar o material. Em geral, o materiais termorígidospossuem propriedades melhores como maior resistência ao calor, menor suscetibilidade aocreep, maior resistência química etc., que suas contrapartidas termoplásticas. No entanto,eles normalmente requerem processos de fabricação mais complexos para serem produzidosna forma de chapas, tubos ou barras. A Tab.2 ilustra alguns materiais típicos segundo estaclassificação.Termoplásticos Termoplásticos crosslinked 2 TermorígidosPolicloreto de vinila (PVC) PEEK Resinas fenólicasNylon Poliamida Resinas epóxiAcrílico UHMWPE MelaminasPolicarbonato (PC)BaquelitePolietileno (PE)Poliéster (fibra de vidro)Polipropileno (PP)Poli-tereftalato de etileno (PET)Poliestireno (PS)Poli-metilmetacrilato (PMMA)ABSTabela 2: Classificação de alguns polímeros em termoplásticos e termorígidos.2 Termoplásticos que se tornam termorígidos após o processamento.

2 Propriedades Físicas dos PlásticosOs plásticos possuem algumas características comuns que os diferenciam dosmateriais usualmente empregados em engenharia, como os metais. A quantificação e oemprego correto dessas propriedades sejam em geral mais complexas que para os materiaisconvencionais. No entanto, esta diferenciação é a principal responsável pelo fato docomportamento em serviço de peças plásticas ser bastante distinto dos metais, por exemplo.O peso é outra característica importante, já que plásticos são sempre mais leves que metaisou cerâmica, o que os torna particularmente atrativos para na indústria de embalagens,equipamentos esportivos e na redução de custos de transporte.2.1 Propriedades mecânicasDo ponto de vista do engenheiro, o comportamento característico dos plásticos emcomparação com materiais metálicos usuais fica evidente pelas suas propriedadesmecânicas. A primeira distinção que deve ser evidenciada é o comportamentogeometricamente não-linear dos plásticos. Isto é, a relação carga ´ deslocamento não élinear, embora o material ainda não tenha ultrapassado seu limite de escoamento. Isto podeocorrer em peças feitas com qualquer material, dependendo da geometria, do carregamentoe das condições de contorno. Ocorre que nos plásticos isto é mais frequente, mesmo paracargas supostamente pequenas. Ou seja, os plásticos normalmente possuem grandeflexibilidade, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação.A Fig.3 compara esquematicamente o comportamento não-linear de uma viga embalanço fabricada em plástico e em aço.FFPlásticouAçouFigura 3: Ilustração do comportamento (geometricamente) não-linear dos plásticos.Portanto, não se deve assumir que uma peça plástica responderá como uma molalinear. Alterações de temperatura podem mudar este comportamento ainda mais. Perguntascomo:- Que tipo de carga será aplicada (tração, compressão, impacto, alternante etc.)?- Como e onde a carga será aplicada sobre o componente?- Por quanto tempo a carga será aplicada?- Qual a variação de temperatura sobre o componente?

- Por quanto tempo a temperatura será aplicada?- Quais as condições ambientais de operação (substâncias químicas, umidade, etc.)?devem ser respondidas pelo projetista antes de selecionar o material, porque suas respostasdeterminarão a performance do componente. É neste ponto que os plásticos diferem emcomportamento de outros materiais como metais e cerâmicas. De uma maneira geral, oserros mais comuns estão relacionados a projetar componentes plásticos com níveis detensão e/ou módulos de elasticidade muito altos ou que não levam em conta o efeito datemperatura. Portanto, é de grande importância o conhecimento das propriedadesmecânicas dos plásticos. As próximas seções comentam superficialmente algumas destaspropriedades.2.1.a Módulo de elasticidade (E)O módulo de elasticidade de um material é responsável em parte pela rigidez docomponente, e por isso ele tem um papel importante durante a seleção do material. Nocaso dos plásticos, deve-se levar em conta que o módulo de elasticidade é muito maissuscetível à variações de temperatura do que se está acostumado com metais. A Tab. 3compara alguns materiais quanto ao módulo de elasticidade.MaterialE [MPa]Compostos grafite-epóxi 280000Aço 210000Alumínio 70000Epóxi reforçado com fibra de vidro 40000Poliéster reforçado com fibra de vidro 14000Nylons reforçado com 30% de fibra de vidro 10000Acrílicos 3500Resinas epóxi 3100Policarbonato 3100Acetal copolímero 2900Polietileno de alto peso molecular 700Tabela 3: Módulos de elasticidade típicos (à temperatura ambiente).A influência da temperatura nos valores do módulo de elasticidade é mostradaesquematicamente na Fig.4, para um polímero amorfo.2.1.b Resistência (σ esc e σ rup )A resistência de polímeros também é altamente dependente da temperatura. Noentanto, essa dependência não é a mesma para polímeros amorfos e cristalinos. Nospolímeros amorfos, existe uma faixa de temperatura que vai da chamada temperatura detransição dúctil-frágil (T d ) até a temperatura de transição vítrea (T v ) onde a variação daresistência é mais importante. Para temperaturas inferiores a T d , o material não se comportacomo um material dúctil e, a partir de T v , o polímero passa a apresentar características deborracha (Fig. 5). Nos polímeros cristalinos, a distinção entre T d e T v não é clara, e atemperatura de fusão (T f ) é usada como parâmetro (Fig 6).

sT 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7Figura 4: Ilustração esquemática dos diagramas s ´ e de um polímero amorfo com o aumento datemperatura (T 1 ® T 7 ).eA Tab.4 compara os valores de tensão de escoamento para alguns polímeroscomuns à temperatura ambiente.Se for de interesse, o projetista também deve verificar se o comportamento doplástico é o mesmo à tração e à compressão, o que nem sempre ocorre, particularmentepara alguns termorígidos. Adicionalmente, a resistência ao cisalhamento também podediferir da prevista pelo ensaio de tração.Outros aspectos que podem influir na resistência de um plástico (além datemperatura) são a velocidade do carregamento e fatores ambientais como a umidade. AFig.6a ilustra o efeito da velocidade de carregamento sobre a resistência, enquanto a Fig.6bmostra a influência da umidade em materiais como o Nylon.sss rups rups escs escTdTdTT @ TdvTfT(a)(b)Figura 5: Comportamento esquemático da resistência de polímeros (a) amorfos e (b) cristalinos em funçãoda temperatura.

Materials esc [MPa]Aço de baixa liga laminado 550Liga de Aluminio fundido 380Polifenileno reforçado com fibra de vidro 40% 145Copolímero Acetal reforçado com fibra de vidro 40% 128Nylons de uso geral 87Homopolímero Acetal 70Acrílicos 70Copolímero Acetal 61ABS / Policarbonatos 55Polipropileno de uso geral 36Tabela 4: Valores comparativos de tensão de escoamento para alguns plásticos.s50 mm/min5 mm/min} 0o CsSeco50 mm/min5 mm/min} 50o CÚmidoee(a)(b)Figura 6: Comportamento esquemático da resistência de polímeros amorfos em função de outras variáveis.2.1.c Resposta dependente do tempo (Creep e relaxação)O creep é definido como uma deformação contínuamente ativa sobre o material,mesmo para uma tensão constante. É uma característica típica dos plásticos por ocorrermesmo à temperatura ambiente, embora o fenômeno seja muito influenciado pelatemperatura. Uma vez aplicado um nível de tensão, material responde imediatamente, deforma similar aos metais. Se a carga é mantida por um longo tempo, entretanto, o processode deformação continua lentamente (Fig. 7).Portanto, o creep se refere à uma adaptação contínua do material à carga aplicada.Quando o creep é linear, é possível definir um parâmetro chamado módulo de creep:( )eJ () t = t(1.1)sÉ este parâmetro que o projetista deve empregar para prever corretamente ocomportamento de materiais plásticos. Seu valor deve ser escolhido dos catálogos defabricantes, e levar em conta uma estimativa da carga aplicada, sua duração e as condiçõesde temperatura presentes durante a operação do componente.

DEfeito do creeppesoResposta instantânea (linear)Alongamentoda barra (D)tFigura 7: Ilustração do fenômeno de deformação por creep.As estruturas crosslinked dos termorígidos resiste melhor ao creep que ostermoplásticos. Aditivos como fibra de vidro e carbono reduzem drasticamente o creep emplásticos. Mas ao projetar peças fabricadas com plásticos deve-se lembrar sempre que ocreep é afetado por:· Carga (tensão)· Temperatura· Duração da carga· Ambiente (umidade e elementos químicos agressivos)Para tensão constante, a eq.(1.1) mostra que se a deformação é aumentada, J deveser reduzido. Como a deformação cresce com o tempo e a temperatura, o módulo de creepdecresce com estas variáveis.Em uma situação inversa, onde a deformação é mantida constante, verifica-se que atensão vai diminuindo com o tempo. Este comportamento reflete um rearranjo das cadeiasdo polímero para se adaptar à carga aplicada, e é chamado de relaxação.O módulo de relaxação é análogo ao módulo de creep, e é definido por:( t)sY () t =(1.2)eEsta variável tem grande importância em aplicações como vedações, espaçadores, encaixessob pressão e peças aparafusadas, já que a carga de montagem não é mantida ao longo davida do componente.É comum os fabricantes recomendarem uma tensão de projeto máxima, que temuma aplicação similar ao módulo de creep. A tensão de projeto recomendada para peças deacrílico injetadas é de 3,5 MPa, mesmo com a tensão de ruptura podendo chegar a 70 MPa.Os projetistas normalmente prestam atenção à este último valor, devidamente reduzido porum coeficiente de segurança, mas isto pode não ser suficiente para evitar a falha docomponente.Portanto, apenas tensões/deformações muito baixas apresentam relaxação/creepdesconsideráveis. A Fig.8 ilustra o alongamento de um material plástico em função dotempo à vários níveis de tensão constante. Não apenas o alongamento é significativamentereduzido quando a tensão aplicada também o é, como apenas para tensões muito baixas

atinge-se um patamar onde o creep é desprezável. Estes níveis de tensão devem serempregados como um critério de projeto. Nas publicações especializadas, os dados de creepsão normalmente apresentados em gráficos logarítmicos, como ilustrado na Fig.9, com aescala de tempo podendo chegar a milhares de horas.Problemas que apresentam características de creep e relaxação não podem serresolvidos por relações constitutivas lineares como a Lei de Hooke. Esta classe deproblemas pertence à viscoelasticidade, e precisa ser modelada com relações apropriadas.Sob efeito de temperatura, a maior parte dos materiais apresenta algum grau deviscoelasticidade. No caso de plásticos, no entanto, quase todos os polímeros amorfos secomportam viscoelasticamente. Por outro lado, esse comportamento viscoelástico pode seraproximado como linear na maior parte dos casos.D35 MPa30 MPa20 MPa15 MPa9 MPa7 MPaFigura 8: Alongamento em função do tempo para diversos níveis de tensão.tJ7 MPa} 0 o C15 MPa7 MPa15MPa} 70 o C10 100 1000 10000Figura 9: Módulo de creep em função do tempo para diversos níveis de tensão.t

2.1.d Coeficiente de PoissonO coeficiente de Poisson é muito dependente da temperatura e do tempo deaplicação da carga. Sua faixa de variação vai de 0,2 até 0,4 para a maioria dos plásticos àtemperatura ambiente, mas estes valores são extremamente sensíveis à alterações nacomposição química e aditivação.2.1.e Resistência à fadigaA resistência à fadiga de plásticos é um assunto extremamente detalhado. Além dadependência óbvia da composição química do polímero e da temperatura, a freqüência docarregamento e a amplitude das tensões e deformações também influem pesadamente, poisestas variáveis podem favorecer uma manifestação maior dos fenômenos viscoelásticos.Adicionalmente, a histerese é bastante significativa em polímeros, e provocam mudanças detemperatura não controláveis durante o processo.Por estas razões as tradicionais curvas de vida s ´ N destes materiais não são degrande valia para uma análise precisa. No entanto, curvas deste tipo obtidas à temperaturaambiente podem fornecer uma estimativa inicial de vida, particularmente para materiais quesuportam alto ciclo (N > 10 3 ). A Fig.10 ilustra curvas s ´ N para alguns plásticos comuns.Em escalas logarítmicas, curvas como as da Fig.10 podem ser aproximadas pela conhecidaexpressão (curva de Wöhler):ms =CN(2.1)Alguns fornecedores disponibilizam tabelas com valores para as constantes C e m àtemperatura ambiente.s [MPa]70605040MPPEPEIPC30ABS201001E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7NFigura 10: Curvas s ´ N de alguns termoplásticos à temperatura ambiente.Como são muito comuns os problemas de fadiga de baixo ciclo em plásticos –nestes casos o controle de amplitude tensão não é indicado, já que as deformações plásticasinfluem no número de ciclos – as curvas de vida em função da deformação também são maisempregadas que a eq.(2.1). A Fig.11 ilustra alguns casos. Essas curvas são conhecidascomo curvas de Coffin-Mason:

e=C 2N2( ) m(2.2)Figura 11: Curvas e ´ N de alguns termoplásticos à temperatura ambiente.Ainda um outro aspecto relacionado à fadiga de plásticos diz respeito àpossibilidade de ocorrência de falhas superficiais (trincas) nestes materiais, particularmenteapós uso prolongado ou submetido à intempéries. Nestes casos a etapa de aparecimento dastrincas já foi superado, e a previsão de vida depende fundamentalmente da velocidade comque estas trincas se propagam. A taxa com que o comprimento da trinca (a) aumenta podeser analisada pela lei de Paris:dadNAKm= D(2.3)onde DK é a amplitude do fator de intensidade de tensões da trinca. Por também envolveraspectos viscoelásticos, estes parâmetros podem ser mais convenientemente obtidos atravésde ensaios. A Fig.12 ilustra a eq.(2.3) levantadas experimentalmente para amostras de tubosde PVC, enquanto a Tab.5 ilustra alguns valores para as constantes da eq.(2.3).

1da/dN [mm/ciclo]0.11E-2R = 60 mmR = 10 mm1E-3R = 80 mmR1E-40.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0NFigura 12: Curvas de crescimento de trinca de amostras de tubos de PVC à 10 Hz e 20 °C.Material A mAço de baixa liga 0,42´10 -11 3,0Aluminio 4,56´10 -11 2,9Cobre 0,34´10 -11 3,9Nylon 6-6 1,5´10 -8 3,2PMMA 2,3´10 -5 4,7Policarbonato 9,5´10 -5 2,6PPO 4,7´10 -6 3,0Poliestireno 3,1´10 -5 2,2PVC 2,9´10 -6 1,5Tabela 5: Valores típicos para as constantes da eq.(2.3). da/dn em [mm/ciclo] eDKem [MPa m ].2.1.f Resistência ao impactoMuitos plásticos apresentam alta resistência ao impacto, e tal propriedade, associadaà transparência, permite a substituição do vidro em diversas aplicações: lentes de óculos(em acrílico ou policarbonato), faróis de automóveis (policarbonato), janelas de trens,ônibus e metrôs. Por outro lado, a resistência à abrasão e à solventes é muito inferior à dovidro.Ainda não existe um único teste para predizer o comportamento de plásticos aoimpacto, sob as diversas condições de uso possíveis. Então, a resistência ao impacto écomumente avaliada adaptando-se ensaios de impacto usados em materiais metálicos: Izod,Charpy, Gardner, impacto à tração, teste de temperatura de fragilização etc. (Fig.13).

A consulta de manuais do fornecedor é indispensável na seleção de materiais queresistirão à impacto. Mesmo que estes dados estejam disponíveis, é altamente aconselhávelque o projetista realize seus próprios testes sob as condições de uso pretendidas.CharpyIzodFigura 13: Ensaios de impacto: Charpy e Izod.Energia absorvida [mJ]300200100TermorígidoPEPTFEPMMA00 50 100 150 200mV 2Figura 14: Exemplos de resultados experimentais de ensaios de impacto.

A única regra geral aqui é que a resistência ao impacto de plásticos é bruscamentealterada com a variação de temperatura. Plásticos termorígidos ou plásticos reforçados sãomenos sensíveis, no entanto. A Fig.15 ilustra a rápida mudança neste comportamento com avariação de temperatura para alguns polímeros comuns.Taxa de energia absorvida [kJ/m 2 ]604020ABSLDPEMDPE0-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60T [ o C]Figura 15: Exemplos de efeito da temperatura sobre a resistência ao impacto.2.2 Propriedades térmicasTalvez a mais importante propriedade térmica dos plásticos seja seu baixo ponto defusão, que varia da temperatura ambiente até 250 o C, embora alguns plásticos especiaisexijam até 400 o C. Disso decorre baixo consumo de energia para conformação, comreflexos óbvios nos custos de produção.Por outro lado, componentes plásticos tendem a mudar consideravelmente suasdimensões em relação a outros materiais, como o aço ou mesmo o Alumínio. Um projetistadeve invariavelmente considerar este comportamento durante o projeto, particularmente emaplicações de precisão.2.2.a Coeficiente de expansão térmicaA Tab.6 compara alguns valores típicos de coeficientes de expansão térmica (a).

Materiala [m/m/°C]Polietileno 7,8´10 -5Acrílicos 3,3´10 -5Acetal copolímero 2,6´10 -5Policarbonato 2,1´10 -5Alumínio 7,2´10 -6Policarbonato ref. com fibra de vidro (30%) 5,0´10 -6Aço 4,4´10 -6Vidro 2,2´10 -6Tabela 6: Valores típicos para coeficiente de expansão térmica.2.2.b Temperatura de distorçãoAlém de alterar suas dimensões, a resistência e modulo de elasticidade, materiaisplásticos são drasticamente reduzidas com o aumento da temperatura ambiente. Acaracterização precisa deste comportamento é complexa, mas existe um teste que forneceinformações superficiais sobre o desempenho de um plástico sob carga e efeito detemperatura. Este teste permite a obtenção da chamada temperatura de distorção ao calor(HDT). Basicamente, este teste submete um corpo de prova biapoiado à flexão simples comum carga concentrada (456 N e 1820 N), e mede-se o deslocamento central. A temperaturaé então aumentada até que um certo valor de deslocamento seja ultrapassado. Esta é atemperatura de distorção. A Tab.7 mostra alguns valores típicos.MaterialHDT [°C]Silicones 455Nylon reforçado com fibra de vidro (30%) 260Resina epóxi ref. com fibra de vidro 205Acetal reforçado com fibra de vidro 165Policarbonato 145Nylon de uso geral 105Acrílico 83Propileno 60Tabela 7: Temperaturas de distorção típicas de alguns plásticos no ensaio à 1820 N.2.2.c Condutividade térmicaEm geral os polímeros são bons isolantes térmicos: sua condutividade térmica é de300 a 2500 vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados emaplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas. Poroutro lado, complicam os métodos de resfriamento nos processos de fabricação, inclusiveprovocando tensões residuais.

2.3 Propriedades elétricasOs plásticos também são excelentes isolantes elétricos, o que se verifica pelo seu usoextensivo em produtos elétricos. O conceito a ser lembrado aqui é que deve haver troca deelétrons entre as moléculas para que haja fluxo de corrente elétrica através do material.Plásticos têm baixíssima densidade de elétrons livres, e por isso são bons isolantes 3 .A adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro, negro de fumo etc.) podetornar polímeros fracamente condutores, evitando acúmulo de eletricidade estática, que éperigoso em certas aplicações. Condições ambientais como umidade e temperatura tambémpodem alterar as propriedades isolantes dos plásticos.Existem também polímeros especiais (curiosidades de laboratório) que são bonscondutores. O Prêmio Nobel de Química do ano 2000 foi concedido a cientistas quesintetizaram polímeros com alta condutividade elétrica.Dentre as propriedades elétricas mais importantes, tem-se:· Resistividade volumétricaResistividade volumétrica é definida como a razão entre a voltagem (correntecontínua) suprida e a parcela de corrente elétrica que flui através de um sólido (Fig.16).+V+ + + + + + + + +plástico- - - - - - - - - --iFigura 16: Resistividade volumétrica.· Resistividade superficialResistividade superficial é similar à volumétrica, mas medida como a razão entre avoltagem (corrente contínua) suprida e a parcela de corrente elétrica que flui através de umasuperfície de largura unitária (Fig.17).V+i-Figura 17: Resistividade superficial.3 Esta é a mesma razão pela qual plásticos também não conduzem bem calor.

· Constante dielétrica· Resistência dielétrica· Fator de dissipação· Resistência ao arco· EMI (interferência eletromagnética) / RFI (interferência por radiofrequência)2.4 Propriedades óticasMuitos materiais plásticos são transparentes e usados em aplicações óticas (acrílico,estireno, PVC, policarbonato, ABS, resinas expóxi etc.). As propriedades usualmentemedidas e reportadas pelos fornecedores são a % Haze (opacidade) do material, atranslucidez (quanta luz atravessa o material), o índice de amarelamento (aparência) e oíndice de refração (refração da luz).2.5 Características de desgasteMedidas de desgaste são difíceis de definir. Podem significar a resistência à riscos(importante na limpeza do componente), resistência à abrasão quanto particular sãoimpelidas sobre o componente ou resistência à perda de material quando há contatodeslizante entre dois componentes. Pode ainda se referir à capacidade de uma superfíciemanter sua aparência durante o manuseio.O vidro é reconhecidamente um material resistente à riscos, mas facilmentedesgastável por jato de areia. Inversamente, materiais como o acrílico são pouco resistêntesà riscos, mas muito mais resistente que o vidro ao jato de areia. Na seleção de um plásticoresistente ao desgaste, portanto, é fundamental determinar precisamente sob quaiscondições o componente será empregado.Muitos plásticos são especificamente formulados para deslizarem sobre superficies.Nestes casos, o polímero-base contém algum tipo propriedade auto-lubrificante. O Teflon éum aditivo conhecido. Silicones, sulfetos de molibdênio e grafite são outras opções quepodem aumentar desempenho nestas situações.2.6 UsinabilidadeOs princípios de usinagem de plásticos são basicamente os mesmos dos metais, masa geometria da ferramenta e a velocidade de corte devem ser ajustadas adequadamente, jáque corre-se o risco de aquecer demasiadamente o material. A baixa condutividade térmicados plásticos requerem muito cuidado na seleção de velocidades de corte, tipo e geometriada ferramenta, avanço e fluido de corte. Se for empregado algum tipo de fluido de corte,deve-se certificar que ele não reage quimicamente com o material sendo usinado.De uma maneira geral, as tolerâncias para usinagem de plásticos devem ser maioresque as empregadas em usinagem de metais. Isto é devido à expansão térmica e as alteraçõesde forma que o material sofre pelas relaxações de tensões internas. Em casos críticos, podeser necessária uma pré-usinagem da peça com dimensões ligeiramente maiores e arealização subseqüente de um alívio de tensões antes da usinagem final. Técnicas de

envelhecimento artificial também são boas opções para redução de tensões internas, já queestas são virtualmente impossíveis de serem eliminadas dos processos de fabricação.Os fornecedores podem ajudar na recomendação de parâmetros de usinagem paraum material em particular.2.7 Tolerâncias dimensionaisÉ uma prática relativamente comum projetistas arbitrarem tolerâncias de ±0,10-0,2mm. Deve-se verificar se estes valores realmente não podem ser aumentados. Aespecificação de tolerâncias dimensionais para peças em plástico segue regras um poucodiferentes das tradicionalmente usadas para metais, e nem sempre o projetista está apto alevar em conta todos os aspectos necessários. Aqui, é importante um trabalho conjunto comesses profissionais.Adicionalmente, tolerâncias de forma (cilindricidade, conicidade, planicidade etc.)devem levar em conta o processo de fabricação do componente, já que o resfriamento dopolímero durante o processamento pode requerer compensações posteriores ou mesmomodificações nos moldes.2.8 Alterando as propriedades dos plásticosJá foi mencionado diversas vezes aqui que as propriedades das famílias de plásticosvariam de uma para a outra, ou mesmo que as propriedades de um mesmo polímero podemvariar dentro de uma dada família. Isto se deve fundamentalmente às alterações nacomposição química de cada polímero durante o processamento. Mas elém disso, aspropriedades de um certo plástico pode ser alterada com a mistura de aditivos, corantes,cargas e reforços. Trata-se de um ajuste fino das propriedades do polímero, de acordo coma aplicação desejada. Este processo é denominado aditivação. Algumas dicas clássicas:· Cargas inorgânicas minerais inertes (como o CaCO 3 ) permitem reduzir custo dapeça sem afetar propriedades. Exemplo: pisos de vinil e cadeiras de jardim (PP)contêm até 60% de cargas.· Uso de fibras (vidro, carbono, boro) ou algumas cargas minerais (talco, mica,caolim, wolastonita) aumentam a resistência mecânica. As cargas fibrosas podemassumir forma de fibras curtas ou longas, redes, tecidos etc.· Negro de fumo em pneus (borracha) e filmes para agricultura (PE) aumentamresistência mecânica e a resistência ao ataque por ozônio e raios UV.· Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente ascaracterísticas de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis etenazes.· A fabricação de espumas é feita através da adição de agentes expansores, que setransformam em gás no momento da transformação do polímero, quando ele seencontra no estado fundido.2.8.a Aditivos (mudança de propriedades específicas)Os aditivos são sempre selecionados de modo a manter sua compatibilidade com omaterial base e com o processo de fabricação do componente. Deve-se lembrar, no entanto,que a melhora de uma certa propriedade geralmente é obtida às custas da piora de outra(s).

Evidentemente os químicos tentam manter todas as outras propriedades em níveis aceitáveisenquanto procuram melhorar uma dada característica, mas nem sempre isto é viável. Dentreos aditivos mais comuns usados com termoplásticos e termorígidos estão: antioxidants(para aumentar a estabilidade à altas temperaturas), agentes anti-eletricidade estática,biocidas, retardantes de chama, modificadores de resistência ao impacto, agentesespumantes, redutores de fricção, fungicidas, e estabilizantes UV.2.8.b Reforços (mudança na resistência)Os reforços mais comuns são a fibra de carbono, fibra de vidro, mica e aramidas.Eles podem ser adicionados na forma de fibras curtas, filamentos longos, flocos, esferas ouem grãos. Esses reforços normalmente aumentam a resistência do material às custas daresistência ao impacto. Também aumentam o desgaste de ferramentas de corte, no caso deusinagem de pré-formas. O uso de reforços permite que os plásticos sejam empregados sobcondições de carga e temperatura mais altas com maior estabiliade dimensional. Nas últimasdécadas, as vantagens conferidas pelo uso de materiais compostos têm permitido avançosmuito significativos na tecnologia aeroespacial.2.8.c Corantes (mudança na aparência)Um outro grupo de aditivos são os corantes, que dão a cor desejada ao material. Oscorantes podem ser cargas orgânicas ou pós inorgânicos. O corante escolhido deve sercompatível com o material base, método de processamento e aplicação desejada para ocomponente. Por exemplo, se a peça final será exposta ao meio ambiente, deverá suportarvariações de temperature e o envelhecimento decorrente. É necessário também emaplicações onde as propriedades óticas têm peso, especialmente em materiais transparentescomo acrílicos, policarbonato e estireno, já que o uso de corantes podem transformar ummaterial incolor em opaco.2.9 Efeitos ambientais sobre os plásticosFatores ambientais como umidade, produtos químicos (líquidos ou vapores),exposição ao sol, altas temperaturas, água e vapor quente, bactérias e fungos atacam osmateriais plásticos. Embora possa não ocorrer uma alteração visual na aparência, isto nãosignifica que não haja alguma degradação das propriedades, como tensão de ruptura ouresistência ao impacto. Novamente, a documentação do fornecedor deve ser criteriosamenteverificada.Materiais plásticos não enferrujam ou corroem e muitos deles então podemdesempenhar melhor que os metais em ambientes corrosivos. Por outro lado, é importantelembrar que quanto mais resistente à produtos químicos um plástico é, mais difícil é suacolagem/soldagem, já que a colagem de plásticos geralmente requer algum tipo de ataquequímico. A resistência química também é um fator crítico que o produto deve ser pintado.Os solventes presentes nas tintas devem ser compatíveis com o material empregado noproduto, e não é raro encontrar recomendações dos fornecedores nesse sentido.Vedações, O-rings e outros materiais dissimilares que mantém contato complásticos por longos períodos de tempo não devem conter solventes químicos ouplastificantes que possam atacar o material base. O vinil flexível é um exemplo de materialamolecido através de um aditivo químico. O vinil é também um bom exemplo de caso demigração de plasticida (outgassing), que ocorre em muitos componentes automotivos. A

migração de plasticida é acelerada quando o material é exposto à altas temperaturas e/ouvácuo. Portanto, em aplicações que requerem ausência de migração de plasticida, o materialdeve ser cuidadosamente escolhido de modo a levar este aspecto em conta. Muitas vezes, opré-aquecimento do produto à temperatures ligeiramente acima da de operação expelem amaior parte dos plasticidas voláteis. Materiais como policarbonato, acetal, Nylon e acrílicostêm sido usado com sucesso nestes casos.Outro característica dos plásticos com reflexos ambientais é a porosidade. O espaçoentre as macromoléculas dos polímeros é relativamente grande. Isso confere baixadensidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos. Por outro lado, esselargo espaçamento entre moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos sejaalta. Em outras palavras, esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, queobviamente varia conforme o tipo de plástico. A principal conseqüência deste fato é alimitação dos plásticos como material de embalagem, que fica patente no prazo de validademais curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. Por exemplo, o caso da cervejaé o mais crítico. No caso de armazenamento de substâncias tóxicas ou agressivas ao meioambiente, no entanto, o uso de um certo plástico pode simplesmente se tornar impossível.Essa permeabilidade, contudo, pode ser muito interessante em outras aplicações, como nocaso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar.A reciclabilidade é outro aspecto que tem ganhado muita importância nas últimasdécadas. Conforme já mencionado, alguns polímeros como os termorrígidos e as borrachas,não podem ser reciclados de forma direta, pois não há como refundí-los ou despolimerizálos.A reciclagem de polímeros termoplásticos, apesar de tecnicamente possível, muitasvezes não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Comparesepor exemplo com o caso do Alumínio. Somente plásticos consumidos em massa (PE,PET etc.) apresentam bom potencial econômico para reciclagem.Além disso, existe um problema adicional: o plástico reciclado é encarado comomaterial de segunda classe, ao contrário do que ocorre com aço ou mesmo o alumínioreciclados. Nos casos em que a reciclagem do polímero não for possível ou viável, semprehá a possibilidade de queimá-lo, transformando-o em energia em incineradores ou altofornos.Esta última é muito empregada, pois o carbono do polímero é usado na redução dominério. Contudo, plásticos que contém halogêneos (PVC e PTFE, por exemplo) geramgases tóxicos durante a queima, e nestas situações o material deve ser previamenteidentificado e encaminhado para dehalogenação antes da queima.2.10 Seleção do material adequadoA seleção correta de um material para uma dada aplicação é uma tarefa árdua.Normalmente, em uma etapa inicial se consegue limitar a seleção a três ou quatro materiaiscandidatos, e a escolha final é então determinada através de testes experimentais. Às vezes aseleção é guiada pela disponibilidade do material, facilitando o cumprimento de prazos, oupelo material mais barato. Ou seja, nem sempre o fator decisivo é inerente somente àscaracterísticas do material. Isto, no entanto, nem sempre leva a um projeto de sucesso ou aum consumidor safisfeito.Um profissional da área deve estar atento para aplicações que não são adequadaspara materiais plásticos. Muitas vezes o projetista ou o consumidor se ofusca com apossibilidade de se aplicar um material alternativo sem compreender as propriedades domesmo, ou ainda se esse material é mesmo adequado para a aplicação. Também são comunsas situações em que uma peça inicialmente projetada em Alumínio ou aço deve ser

convertida para plástico: uma peça funcional em metal pode não cumprir corretamente suafunção quando manufaturada com plástico. Quando possível, o fornecedor deve serconsultado antes de se tomar tais decisões.O primeiro e mais importante passo na seleção de um material a partir de umespectro amplo (aço, Alumínio, acrílico, nylon, PVC etc.) é definir os requisitos de projeto(ou critérios de falha) apropriados para o componente. O segundo passo é cruzar estesrequisitos com as propriedades dos materiais disponíveis.É possível que algumas perguntas devam ser respondidas antes de definir o materiala ser empregado. Quanto melhor respondidas estas questões, maior a chance de selecionar omaterial mais apropriado para a aplicação:· Qual a carga a ser suportada pelo componente?Serão aplicadas cargas altas? Qual a maior carga aplicada? Qual é a maxima tensãosobre a peça? Qual o tipo de tensão atuante (tração, compressão, flexão, cisalhamento)?Qual a duração da aplicação da carga? Qual a vida útil estimada para o componente?Dica: Plásticos termorígidos geralmente desempenham melhor sob cargas altascontínuas. Termoplásticos reforçados (como poliéster) também podem ter desempenhosatisfatório.· Ocorrem cargas de impacto?O componente estará submetido à impacto? Qual teste de impacto representa melhor aaplicação do componente?Dica: Plásticos laminados (melaminas, resinas epóxi ou fenólicas reforçadas cm fibrade vidro) geralmente têm boa resistência ao impacto. Policarbonatos e polietilenoUHMW também exibem excelente resistência a impacto.· Existe carregamento cíclico (fadiga)?O componente estará sujeito a cargas variáveis? A carga é alternante (compressivatrativa)?Quais as amplitudes máximas? Ocorrerá flexão do componente ao longo de suaespessura? Qual a deflexão máxima do componente?Dica: Materiais como o acetal e nylon são geralmente bons candidatos paracarregamentos cíclicos.· Qual a temperatura de operação do componente?Quais as temperaturas máxima e mínima durante o uso? Qual a duração de cada faixa detemperatura? Existe possibilidade de impacto à baixas temperaturas?Dica: Temperaturas extremas podem ocorrer durante o transporte, especialmente paraoutras partes do mundo.· O componente será exposto à umidade ou substâncias químicas?O material será submetido à umidade? O componente será submergido em água? Se for,qual a temperatura da água? O componente será exposto à vapor de água? Ocomponente será pintado? O material será submergido ou lavado em solventes e outras

substâncias químicas? Se for, quais? O componente será exposto à vapores dessassubstâncias? Haverá formação de resíduos nocivos ao meio ambiente?Dica: Plásticos cristalinos e termorígidos geralmente possuem boa resistência química.· O material será empregado em um projeto elétrico?Qual a voltagem à qual a peça será exposta? Corrente alternada ou corrente contínua?Se for alternada, qual a freqüência? Onde estão os terminais de alimentação (ladosopostos da peça, sobre uma superfície etc.)?Dica: Plásticos reforçados com Carbono em quantidade suficiente os torna condutoresde eletricidade.· O material estará exposto à atrito ou abrasão?O material será empregado como um elemento de deslizamento? Se for, qual a carga decontato, diâmetro do eixo, acabamento e velocidade? Quais as condições de desgaste àsquais o material será submetido durante a operação?Dica: Redutores de fricção podem ser adicionados aos plásticos (teflon, sulfeto demolibdênio, grafite etc.) para reduzir o desgaste.· O componente deverá apresentar alta estabilidade dimensional e de forma?Que tipo de estabilidade é requerida – forma ou dimensão? Ou ambas?Dica: Plásticos podem não ser adequados para aplicações que requerem altaestabilidade dimensional, principalmente sob variações de temperatura. Por outrolado, a maior parte dos plásticos pode ser reforçada com fibra de vidro, fibrassintéticas e sais para aumentar sua estabilidade dimensional.· O componente estará muito submetido à alongamento ou flexão?São necessárias propriedades típicas de borrachas? Qual o alongamento que ocomponente sofrerá?Dica: Nestes casos pode ser mais interessante pensar em materiais como vinil, uretano,ou mesmo borrachas e elastômeros termoplásticos.· O componente deverá satisfazer requisitos legais?Existem normas ou leis restringindo o uso do material ou dos seus resíduos? Há emissãode fumaça ou vapores? Há necessidade de proteção por parte do usuário?Dica: O material selecionado deve ser sempre aprovado por órgãos legais vigentes.Testes nos laboratórios da empresa não garantem aprovação do material para todosos usos.· O material deverá ser impermeável à gases ou líquidos?Ser for, quais?

Dica: Este é um aspecto muito importante na produção de plásticos para embalagensde perecíveis e produtos hospitalares.· O material estará exposto à algum tipo de radiação?Se for, qual tipo de radiação? Por quanto tempo?Dica: A maior parte dos plásticos apresenta algum grau de degradação quandosubmetido a radiações. Este aspecto também é muito importante em aplicaçõesmilitares e hospitalares.· Existe algum requisito de aparência obrigatório?Qual a cor requisitada? Existe requisitos de textura?Dica: Cores especiais encarecem o produto, especialmente em pequenas quantidades.· O componente possui algum requisito ótico?O material deve ser transparente? O componente deve transmitir algum comprimento deonda em particular? Se for, qual?Dica: Acrílicos e policarbonatos possuem excelentes propriedades óticas.· O produto será exposto ao ambiente?Dica: Acrílicos possuem excelente resistência ao envelhecimento (sol, chuva, variaçõesde temperatura e umidade).· O material possui algum tipo de volatilidade?Alguma substância é expelida pelo material durante o uso? Qual? Existe algum requisitoquanto à odores?Dica: Pinturas e acabamentos sintéticos podem minimizar a emissão dessas partículasvoláteis.

3. Alguns Polímeros de Importância Industrial3.1 Plásticos commoditiesCertos plásticos se destacam por seu baixo preço e grande facilidade deprocessamento, o que incentiva seu uso em larga escala. São os chamados plásticos ouresinas commodities, materiais baratos e usados em aplicações de baixo custo. São oequivalente aos aços de baixo carbono na siderurgia.Os principais plásticos commodities são: polietileno (PE), polipropileno (PP),poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC). A distribuição da produção dessesplásticos no Brasil, em 1998, pode ser vista na Fig. 18:PVC22%PS5%PE50%PP23%Figura 18: Produção de plásticos no Brasil, em 1998.3.1.a Polietileno (PE)· Mero: etileno (designação antiga do eteno):· Peso molecular: 50.000 a 300.000éHêê|êCêê |êëH=Hù|úúC úú| úHúûn· Principais propriedades:oooooooooBaixo custo;Elevada resistência química e a solventes;Baixo coeficiente de atrito;Macio e flexível;Fácil processamento;Excelentes propriedades isolantes;Baixa permeabilidade à água;Atóxico;Inodoro.· Há quatro tipos básicos:oPolietileno de Baixa Densidade (PEBD): 0,910-0,925 g/cm 3 . Apresentamoléculas com alto grau de ramificação. É a versão mais leve e flexível do

PE. É utilizado basicamente em filmes, laminados, recipientes, embalagens,brinquedos, isolamento de fios elétricos, etc. Produção brasileira em 1998:652.647 t.o Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL): 0,918-0,940 g/cm 3 .Apresenta menor incidência de ramificações, as quais se apresentam deforma mais regular e são mais curtas que no PEBD. Suas propriedadesmecânicas são ligeiramente superiores ao PEBD em termos de resistênciamecânica. Seu custo de fabricação é menor. Sua flexibilidade e resistência aoimpacto recomenda sua aplicação para embalagens de alimentos, bolsas degelo, utensílios domésticos, canos e tubos. Produção brasileira em 1998:175.053 t.ooPolietileno de Alta Densidade (PEAD): 0,935 - 0,960 g/cm 3 . Apresentaestrutura praticamente isenta de ramificações. É um plástico rígido,resistente à tração, com moderada resistência ao impacto. Utilizado embombonas, recipientes, garrafas, filmes, brinquedos, materiais hospitalares,tubos para distribuição de água e gás, tanques de combustível automotivos,etc. Produção brasileira em 1998: 692.864 t.Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM): Peso molelucar daordem de 3.000.000 a 6.000.000. Alta inércia química, alta resistência àabrasão e ao impacto, baixo coeficiente de atrito, alta maciez. Praticamenteinfusível, processado com grande dificuldade, geralmente através desinterização. Aplicações: engrenagens, componentes para bombas delíquidos corrosivos, implantes de ossos artificiais, isolamento de fios e cabos,mancais, revestimentos de pistas, trilhos-guias, etc. O Brasil ainda nãoproduz este tipo de plástico.3.1.b Polipropileno (PP)· Mero: propileno (designação antiga do propeno):· Propriedades muito semelhantes às do PE, mas com ponto deamolecimento mais elevado.éêêêêêêëH|C|H=H ù|úúC úú| úCH ú3 ûn· Principais propriedades:o Baixo custo;o Elevada resistência química e a solventes;o Fácil moldagem;o Fácil coloração;o Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga;o Boa resistência ao impacto acima de 15 o C;o Boa estabilidade térmica;o Maior sensibilidade à luz UV e agentes de oxidação, sofrendo degradaçãocom maior facilidade.· Aplicações: Brinquedos; Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos;Carcaças para eletrodomésticos; Fibras; Sacarias (ráfia); Filmes orientados; Tubos

para cargas de canetas esferográficas; Carpetes; Seringas de injeção; Materialhospitalar esterilizável; Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias,lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo). Peças paramáquinas de lavar.· Atualmente há uma tendência no sentido de se utilizar exclusivamente o PP nointerior dos automóveis. Isso facilitaria a reciclagem do material por ocasião dosucateamento do veículo, pois se saberia com qual material se estaria lidando.· Produção brasileira em 1998: 702.795 t.3.1.c Poliestireno (PS)· Mero: estireno:· Termoplástico duro e quebradiço, com transparência cristalina.éHêê|êCêê |êëH=H ù|úúC úúúúûn· Principais propriedades:oooooooFácil processamento;Fácil coloração;Baixo custo;Elevada resistência a ácidos e álcalis;Semelhante ao vidro;Baixa densidade e absorção de umidade;Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries.· Produção brasileira em 1998: 129.879 t (excluindo isopor).· Há quatro tipos básicos:ooooPS cristal: homopolímero amorfo, duro, com brilho e elevado índice derefração. Pode receber aditivos lubrificantes para facilitar processamento.Usado em artigos de baixo custo.PS resistente ao calor: maior P.M., o que torna seu processamento maisdifícil. Variante ideal para confecção de peças de máquinas ou automóveis,gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicionado, peças internas eexternas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar,ventiladores e exaustores.PS de alto impacto: contém de 5 a 10% de elastômero (borracha), que éincorporado através de mistura mecânica ou diretamente no processo depolimerização, através de enxerto na cadeia polimérica. Obtém-se dessemodo uma blenda. Muito usado na fabricação de utensílios domésticos(gavetas de geladeira) e brinquedos.PS expandido: espuma semi-rígida com marca comercial isopor (R) . Oplástico é polimerizado na presença do agente expansor ou então o mesmopode ser absorvido posteriormente. Durante o processamento do materialaquecido, ele se volatiliza, gerando as células no material. Baixa densidade ebom isolamento térmico. Aplicações: protetor de equipamentos, isolantes

térmicos, pranchas para flutuação, geladeiras isotérmicas, etc. Produçãobrasileira em 1998: 10.000 t.3.1.d Poli(cloreto de vinila) (PVC)· Mero: cloreto de vinila:· Principais propriedades:o Baixo custo;o Elevada resistência a chama, pela presença do cloro;o Processamento demanda um pouco de cuidado.éHêê|ê Cêê |êëH=H ù|úúC úú| úClúûn· Restrições:ooO monômero é um potente cancerígeno; deve haver controle do teorresidual que permanece no polímero, particularmente em aplicações em queo polímero vai entrar em contato com alimentos.Plastificantes (aditivo usado para tornar o polímero mais flexível) a base deftalatos também são considerados cancerígenos. O Greenpeace vempromovendo ampla campanha para banir o uso do PVC que contenha esseaditivo, particularmente em brinquedos e produtos que ve-nham a entrar emcontato com alimentos.· Produção brasileira em 1998: 649.840 t.· Há quatro tipos básicos:ooooPVC rígido, isento de plastificantes. Duro e tenaz, com excelentespropriedades térmicas e elétricas. Resistente à corrosão, oxidação eintempéries. Usado na fabricação de tubos, carcaças de utensílios domésticose baterias.PVC flexível ou plastificado, que contém de 20 a 100 partes de plastificantepor 100 de polímero. Usado no revestimento de fios e cabos elétricos,composições de tintas (látex vinílico), cortinas de banheiros, encerados decaminhão (sanduíche filme de PVC + malha de poliéster + filme de PVC),etc.PVC transparente, isento de cargas.PVC celular ou expandido.

Outros14%Fios e cabos10%Perfis5%Tubos econexões40%Calçados7%Embalagensrígidas9%Laminados15%Figura 19: Aplicações do PVC no Brasil, em 1998.3.2 Plásticos de engenhariaHá também os chamados plásticos de engenharia, que são resinas que apresentampropriedades superiores às chamadas resinas commodities. Seu preço, porém, é bem maiselevado. Seriam os equivalentes aos aços-liga da siderurgia.A seguir estão listados os mais comuns.3.2.a Poli(tereftalato de etileno)· Plástico da família do poliéster.· Mero: ácido tereftálico ou tereftalatode dimetila e glicol etilênico.éêêêOêêêë-O||C--O||C-O-H|C|H-H ù|úúC úú| úH úûn· Principais propriedades:oooBoa resistência mecânica térmica e química;Boas propriedades de barreira: absorção de oxigênio é de 10 a 20 vezesmenor que nos plásticos commodities;Fácil reciclabilidade.· Produção brasileira em 1998: 143.000 t.· Trata-se de um polímero de engenharia que, graças ao contínuo aperfeiçoamento deseu processo de fabricação e à enorme aceitação na fabricação de garrafas derefrigerante, acabou mudando de status: passou de plástico de engenharia paracommodity.· Aplicações:oComo garrafas para bebidas carbonatadas, óleos vegetais, produtos delimpeza, etc.;

oooNa forma de fibras, sob marcas Tergal ® (ICI) ou Dracon ® (Du Pont),apresentam excelente resistência mecânica e ao amassamento, bem comolavagem e secagem rápida;Na forma de películas transparentes e altamente resistentes, sob marca Mylar®, mas algo caras. São usadas em aplicações nobres: isolamento decapacitores, películas cinematográficas, fitas magnéticas, filmes e placas pararadiografia;Resina para moldagem com reforço de 30% de fibra de vidro, sob marcaRynite ® (Du Pont), usada na fabricação de carcaças de bombas,carburadores, componentes elétricos de carros, etc.3.2.b Policarbonato· Plástico da família dos poliésteresaromáticos.· Monômeros: fosgênio e bisfenol A. Hásuspeitas de que o bis-fenol Amimetizaria efeitos de hormônios humanos, o que po-deria causar distúrbiosendócrinos. Contudo, elas não foram confirmadas até o momento.éOêê||êCêêêë-O--CH|C|CH33--Oùúúúúúúûn· Principais propriedades:o Excelente resistência ao impacto;o Excelente transparência: 96%;o Boa estabilidade dimensional e térmica;o Resistente aos raios ultravioleta;o Boa usinabilidade;o Alta temperatura de deflexão;o Boas características de isolamento elétrico.· Produção brasileira em 1995: 10.000 t.· Este importante plástico de engenharia foi acidentalmente descoberto em 1898 naAlemanha, mas só em 1950 é que seu desenvolvimento foi retomado, passando a sercomercializado a partir de 1958.· Aplicações:oCompact-Discs (CD’s); Janelas de segurança (por exemplo, em trens desubúrbio); Óculos de segurança; Carcaças para ferramentas elétricas,computadores, copiadoras, impressoras etc.; Bandejas, jarros de água,tigelas, frascos; Escudos de polícia anti-choque; Aquários; Garrafasretornáveis.

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Apêndice ACotação de plásticos no Brasil (dezembro de 1998)Preço por quilo em Reais 4PEBD 1,19PEAD 1,15PP 1,17OS 1,18PET 1,20HIPS 1,18PS Expandido 1,78PVC rígido 1,38PVC flexível 1,38PC 6,85A figura A.1 mostra de forma aproximada como se distribuem as aplicações dos plásticos.Note-se que aqui não estão incluídos alguns polímeros importantes, como as borrachas.Utilidadesdomésticas7%Outros10%Embalagens22%Agricultura7%Eletroeletrônica7%Móveis9%Construção civil18%Indústria automotiva10%Máquinas eequipamentos10%Figura A.1: Aplicações de plásticos no Brasil (dados de 1999).4 A crise cambial ocorrida no início de 1999 provocou acréscimo de preços de até 50% no preço das resinas,de acordo com manifesto da Abiplast em fevereiro daquele ano.

Apêndice BNormas ASTM para determinação de propriedades de materiais plásticosDensidade D-792, D-1895Contração D-955Estabilidade dimensional D-756· PROPRIEDADES MECÂNICASResistência ao impacto D-256, D-746, D-2463Resistência à tração D-412, D-638, D-882Alongamento à tração D-412, D-638Resiliência D-2632Histerese D-2231Módulo de elasticidade D-638Coeficiente de Poisson E-132Flexural Modulus D-790Resistência à compressão D-695Resistência à fadiga D-671Dureza D-785, D-2240· PROPRIEDADES ELÉTRICASResistência dielétrica D-149Constante dielétrica D-150Fator de potência D-150Resistência ao arco D-495Resistividade volumétrica D-257· PROPRIEDADES TÉRMICASInflamabilidade D-2843, D-568, UL-94 V 5Coeficiente de expansão térmica D-696Condutividade térmica C-177, D-4351Desenvolvimento ao calor D-623Calor específico C-351Temperatura de transição vítrea D-2117, D-3418Temperatura de distorção ao calor D-648· PROPRIEDADES ÓTICASTransparência D-1746, D-1003Índice de refração D-5425 Embora não seja ASTM, este método também é bastante usado (proposto pelo Underwriters Laboratories).

· PROPRIEDADES QUÍMICASAbsorção de água D-570Resistência à oxidação D-1870, D-1920, D-1499, D-756, G-23Resistência à degradação química D-794Resistência à radiação UV D-1148Resistência à ácidos C-591Resistência à bases D-543, C-581Resistência à solventes e reagentes D-543, C-581Permeabilidade a vapores e gases D-1434, E-96· DESGASTEDesgaste D-3702Resistência à fricção D-1894, D-3028Coeficiente de fricção D-3702Resistência à abrasão D-1242

Apêndice CAlgumas siglas comuns da literatura sobre plásticosAAGR average annual growth rateABA acrylonitrile butadiene acrylate EMA ethylene methyl acrylateABS acrylonitrile butadiene styrene copolymer EMAA ethylene methacrylic acidACM acrylic acid ester rubber EMAC ethylene methyl acrylate copolymerACS acrylonitrile chlorinated PE styrene EMI electromagnetic interferenceAES acrylonitrile ethylene propylene styrene EMPP elastomer modified polypropyleneAMMA acrylonitrile methyl methacrylate EnBA ethylene normal butyl acrylateAN acrylonitrile EP epoxy resin, also ethylene propyleneAO antioxidant EPA Environmental Protection AgencyAPET amorphous polyethylene terephthalate EPDM ethylene propylene terpolymer rubberAPP atactic polypropylene EPM ethylene propylene rubberAS atomic absorption spectroscopy EPS expandable polystyreneASA acrylic styrene acrylonitrile ESCR environmental stress crack resistanceASTM American Society for Testing and Materials ESI ethylene styrene copolymersATH aluminum trihydrate ETE engineering thermoplastic elastomersAZ(O) azodicarbonamide ETFE ethylene tetrafluoroethylene copolymerBATF Bureau of Alcohol, Tobacco, and Firearms ETP engineering thermoplasticsBM blow molding EVA(C) polyethylene vinyl acetateBMC bulk molding compounds EVOH polyethylene vinyl alcohol copolymersBMI bismaleimide FDA Food and Drug AdministrationBO biaxially oriented (film) FEP fluorinated ethylene propylene copolymerBOPP biaxially oriented polypropylene FPVC flexible polyvinyl chlorideBR butadiene rubber FR flame retardant FRP fiber reinforced plasticBS butadiene styrene rubber GAIN gas assisted injectionCA cellulose acetate GIM gas injection moldingCAB cellulose acetate butyrate GIT gas injection techniqueCAD computer aided design GMT(P) glass mat reinforced thermoplasticsCAE computer aided engineering GPC gel permeation chromotographyCAM computer aided manufacturing GPPS general purpose polystyreneCAP cellulose acetate propionate GRP glass fiber reinforced plasticsCAP controlled atmosphere packaging GTP group transfer polymerizationCBA chemical blowing agent HALS hindered amine light stabilizerCF cresol formaldehyde HAS hindered amine stabilizersCFA chemical foaming agent HB Brinell hardness numberCFC chlorofluorocarbons HCFC hydrochlorofluorocarbonsCFR Code of Federal Regulations HCR heat cured rubberCHDM cyclohexanedimethanol HDI hexamethylene diisocyanateCIM computer integrated manufacturing HDPE high density polyethyleneCM compression molding HDT heat deflection temperatureCN cellulose nitrate HFC hydrofluorocarbonsCOP copolyester HIPS high impact polystyreneCOPA copolyamide HMDI diisocyanato dicyclohexylmethaneCOPE copolyester HMW high molecular weight HNP high nitrile polymerCP cellulose propionate IM injection moldingCPE chlorinated polyethylene IMC in mold coatingCPET crystalline polyethylene terephthalate IMD in mold decorationCPP cast polypropylene IPI isophorone diisocyanateCPVC chlorinated polyvinyl chloride IV intrinsic viscosityCR chloroprene rubber LCP liquid crystal polymersCS casein LDPE low density polyethyleneCSD carbonated soft drink LIM liquid injection moldingCTA cellulose triacetate LLDPE linear low density polyethylene LP low profile resinCVD chemical vapor deposition MAP modified atmosphere packagingDABCO diazobicyclooctane MbOCA methylene bis orthochloro anilineDAM days after manufacture MBS methacrylate butadiene styreneDAM diallyl maleate MC methyl celluloseDAP diallyl phthalate MDI methylene diphenylene diisocyanateDCPD dicyclopentadiene MEK methyl ethyl ketoneDE diotamaceous earth MEKP methyl ethyl ketone peroxideDEA dielectric analysis MF melamine formaldehydeDETDA diethyltoluenediamine MFI melt flow indexDMT dimethyl ester of terephthalate MIBK methyl iso buthyl ketoneDWV drain, waste, vent (pipe grade) MIS management information systemsEAA ethylene acrylic acid MMA methyl methacrylateEB electron beam MPE metallocene polyethylenesEBA ethylene butyl acrylate MPF melamine phenol formaldehydeEC ethyl cellulose MPR melt processable rubberECTFE ethylene chlorotrifluoroethylene copolymer MRP manufacturing requirement planningEEA ethylene ethyl acrylate MWD molecular weight distributionEG ethylene glycol NBR nitrile rubber

NDINRO TPVODPOEMOFSOPETOPPOSAOSHAPAPAEKPAIPANPBPBAPBANPBIPBNPBSPBTPCPCCPCDPCRPCTPCTAPCTFEPCTGPCTPEPE HDPE LDPEBAPECPEDTPEEKPEIPEKPEKEKKPELPENPESPETPETGPFPFAPIPIBIPIDPIMPLCPMDIPMMAPMPPOPOMPPPPAPPCPPEPPOPPSPPSUnaphthalene diisocyanatenatural rubberolefinic thermoplastic vulcanizateozone depleting potentialoriginal equipment manufacturerorganofunctional silanesoriented polyethylene terephthalateoriented polypropyleneolefin modified styrene acrylonitrileOccupational Safety and Health Admin.polyamidepolyaryletherketonepolyamide imidepolyacrylonitrilepolybutylenephysical blowing agentpolybutadiene acrylonitrilepolybenzimidazolepolybutylene naphthalatepolybutadiene styrenepolybutylene terephthalatepolycarbonateprecipitated calcium carbonatepolycarbodiimidepost consumer recyclatepolycyclohexylenedimethylene terephthalatecopolyester of CHDM and PTApolychlorotrifluoroethyleneglycol modifiedcopolymerpolyethylenehigh density polyethlenelow density polyethlenepolyether block polyamidechlorinated polyethylene3,4 polyethylene dioxithiophenepolyetheretherketonepolyether imidepolyetherketonepolyetherketoneetherketoneketonepermissible exposure levelpolyethylene naphthalatepolyether sulfonepolyethylene terephthalatePET modified with CHDMphenol formaldehydeperfluoroalkoxy resinpolyimidebutyl rubberproportional, integral, derivativepowder injection moldingprogrammable logic controllerpolymeric MDIpolymethyl methacrylatepolymethylpentenepolyolefinspolyacetalpolypropylenepolyphthalamidechlorinated polypropylenepolyphenylene ether, modified ppm parts per millionpolyphenylene oxidepolyphenylene sulfidepolyphenylene sulfonePSPSUPTAPTFEPUPURPVCPVCAPVDAPVDCPVDFPVFPVOHQMCRFIRHDPERIMRPETRTDRTMRTVSANSAPSBSBCSBRSISMASMCSMC CSMC DSMC RSPCSQCSRIMT/NTATDITEOTFTLCPTMTMCTPTPATPETPOTPUTPVTSTWAUFUHMWULDPEUPURUVVA(C)VCVDCVLDPEVOCWTEZNCpolystyrenepolysulfonepurified terephthalic acidpolytetrafluoroethylenepolyurethanepolyurethanepolyvinyl chloridepolyvinyl chloride acetatepolyvinylidene acetatepolyvinylidene chloridepolyvinylidene fluoridepolyvinyl fluoridepolyvinyl alcoholquick mold changeradio frequency interferencerecycled high density polyethylenereaction injection moldingrecycled polyethylene terephthalateresistance temperature detectorresin transfer moldingroom temperature vulcanizing •styrene acrylonitrile copolymersuper absorbant polymerstyrene butadiene copolymerstyrene block copolymerstyrene butadiene rubbersilicone plasticstyrene maleic anhydridesheet molding compoundSMC continuous fibersSMC directionally orientedSMC randomly orientedstatistical process controlstatistical quality controlstructural reaction injection moldingterephthalate/naphthalateterephthalic acidtoluene diisocyanatethermoplastic elastomeric olefinthermoformingthermoplastic liquid crystal polymertransfer moldedthick molding compoundthermoplasticterephthalic acidthermoplastic elastomerthermoplastic olefinsthermoplastic polyurethanethermoplastic vulcanizatethermosettime weighted averageurea formaldehydeultrahigh molecular weightultralow density polyethyleneunsaturated polyester resinurethaneultravioletvinyl acetatevinyl chloridevinylidene chloridevery low density polyethylenevolatile organic compoundswaste to energyZiegler Natta catalyst

Apêndice DMétodos de processamento típicos para plásticosD.1 Termoplásticos· InjeçãoA moldagem por injeção é empregada para produzir formas tridimensionais comdetalhes minuciosos. O material alimenta a máquina de injeção na forma de pastilhas, sãofundidas e conduzidas ao longo da máquina por um fuso. O material fundido émecanicamente injetado em um molde. A temperatura do molde é controlada através deágua circulando em cavidades internas. Uma vez resfriado, o molde é aberto e a peça éejetada através de pinos. As metades do são mantidas fechadas através de prensas, comforças que podem atingir 100 tonf. Essa pressão determina a tonelagem da injetora, e amolde que nela pode ser usado.Figura D.1: Moldagem por injeção.· ExtrusãoA moldagem por injeção segue essencialmente o mesmo princípio da extrusão demetais. O material aquecido é alimentado sob pressão ao longo de uma matriz queproduzirá a forma da secção transversal do produto. O material é resfriado na sequência.

Figura D.2: Moldagem por extrusão.· Moldagem por soproA moldagem por sopro emprega ar comprimido para forçar o material a se conformar àsuperfície do molde. É desta forma que são produzidas as garrafas plástica de refrigerantes,embalagens de produtos de limpeza, etc.Figura D.3: Moldagem por sopro.· TermoconformaçãoNa termoconformação uma lâmina de plástico aquecido é pressionada sobre um molde eresfriada. Assim se produz um casca que uma cópia fiel do relevo do molde. Em casos maiscomplexos o ar entre a lâmina e o molde é removido com vácuo (processo chamadovacuum-forming).Figura D.4: Vacuum-forming.

· LaminaçãoA laminação de plásticos é muito similar à de metais. Na configuração mais usual,quatro rolos aquecidos girando à velocidades ligeiramente diferentes laminam o materialaquecido e fundido em folhas ou filmes.· MoldagemMateriais como acrílicos e Nylons podem ser moldados, ou seja, são vasados na formalíquida em moldes rígidos ou flexíveis. Este processo requer um controle considerável parafornecer peças de alta qualidade. É comum o uso de equipamentos à vácuo para eliminarbolhas durante a solidificação.· LaminaçãoA laminação de plásticos é muito similar à de metais. Na configuração mais usual,quatro rolos aquecidos girando à velocidades ligeiramente diferentes laminam o materialaquecido e fundido em folhas ou filmes.D.2 TermorígidosOs processos de fabricação de peças em plásticos termorígidos são adaptações dosmétodos empregados para termoplásticos, exceto que a polimerização ou catalização dopolímero ocorre dentro do equipamento de processamento.