O documento aborda a tecnologia dos materiais não-metálicos, com foco nos polímeros, que incluem termoplásticos, elastômeros e termofixos. Discute as características, aplicações e processos de fabricação desses materiais, como moldagem por injeção, extrusão e vulcanização. O uso de borrachas naturais e sintéticas, resinas epóxi e poliuretanos é destacado em diversas aplicações industriais e comerciais.

1. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
NÃO-METÁLICOS
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Professor: Weslei Sousa
Materiais Poliméricos

2. Estrutura
2
{
Termoplásticos
Linear
Ramificada
Elastômeros e
Termofixos
Ligações
cruzadas

3. ▰ Conceito: Polímero que pode sofrer
elevadíssima deformações. Retirado
o esforço mecânico, pode recuperar
rapidamente as dimensões originais.
▰ Geralmente são constituídos por
cadeias poliméricas com pequeno
grau de reticulação.
▰ Para estabelecimento desta ligações
cruzadas em baixa densidade pode
ser utilizado o processo de
1 Elastômeros
3
Branched Cross-Linked Network
Linear
secondary
bonding
Charles Goodyear, 1839

4. ▰ Classificado como polímero natural, pode ser obtido a partir da extração
da seiva da seringueira (Hevea brasiliensis)
▰ A extração até então no sistema extrativista, hoje já é cultivada
comercialmente.
1.1 Borracha Natural (NR)
4

5. ▰ Maior consumo em pneus e sistemas de amortecimento – coxins e
amortecedores.
▰ Outra aplicação bastante importante é na forma de látex na fabricação
de luvas cirúrgicas.
1.1 Borracha Natural (NR)
5

6. ▰ Obtida a partir da copolimerização de butadieno e acrilonitrilo.
▰ É usado principalmente na produção de peças expostas ao contato com
óleos e derivados de petróleo, como mangueiras e demais itens de
contato com a gasolina em automóveis.
▰ Baixa variação de volume, rasgamento e resistência a tração quando
exposta a óleos e combustíveis.
1.2 Borracha Nitrílica (NBR)
6

7. ▰ Obtida da copolimerização do estireno e butadieno. Das borrachas
sintéticas, a borracha SBR é a utilizada em maior quantidade (cerca de
36%).
▰ É sobretudo utilizada na manufatura de: pneumáticos, correias
transportadoras e de transmissão de movimento, componentes para
calçado (solas), etc.
1.3 Borracha de estireno-butadieno (SBR)
7

8. ▰ O policloropreno é obtido através da polimerização do vinil acetileno
clorado. Sua principal aplicação é em peças com exposição constante a
intempéries. Possui elevada rigidez dielétrica e resistência ao ozônio.
▰ A produção de borracha de policloropreno (CR) representa cerca de 3% da
borracha sintética produzida a nível mundial.
1.4 Policloropreno ou Neoprene (CR)
8

9. ▰ Vulcanizantes – transformação da borracha em um material mais durável e
elástico.
Ex: enxofre, alquinosulfetos.
▰ Aceleradores – são aditivos químicos que aumentam a velocidade das
reações de vulcanização.
Ex: carbonato de chumbo, hexametileno tetramina, mercaptobenzadiazol (MBT)
▰ Óleos extensores – são aditivos utilizados na fabricação de borrachas para
aumentar o volume do material, melhorar a processabilidade, flexibilidade e
reduzir custos.
1.5 Matéria-prima para borrachas
9

10. 10
1.6 EXEMPLO: ESTANE®

11. ▰ Um pneu é um compósito de borracha/cabos de
aço/tecido, onde os cabos de aço e tecido
reforçam os compostos de borracha.
▰ Reforços de fio de aço;
▰ Cabos de poliéster, usados em lonas de pneus
de automóveis de passageiros;
▰ Nylon;
▰ Outros materiais utilizados para reforço incluem,
algodão, fibra de vidro e aramida.
1.7 Estrutura dos pneus
11

12. 12
2 Termofixos
▰ Polímeros termofixos são aqueles que sofrem um processo químico
irreversível de cura ou reticulação tornando-se extremamente rígidos e,
praticamente, insolúveis.
▰ Estes materiais possuem elevada rigidez elástica, resistência mecânica,
resistência ao calor, principais atributos que levam a seleção para fins de
projetos em aplicações práticas.
▰ São muito utilizados em materiais compósitos.
Branched Cross-Linked Network
Linear
secondary
bonding
RESINA + AGENTE DE CURA

13. 13
2 Termofixos
▰ Resinas epóxi;
▰ Poliuretanos termofixos;
▰ Silicones;
▰ Resinas fenólicas (Baquelite).

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2.1 Resinas epóxi (EP)
▰ As resinas epóxi são produtos de uma reação entre epicloridrina e bisfenol-
a (BPA).
▰ É importante você compreender que a resina epóxi é um modelo de plástico
que endurece ao entrar em contato com um agente catalisador.
▰ Dessa forma, a superfície fica rígida e sólida.

15. 15
2.1 Resinas epóxi (EP)
▰ As resinas epóxis tem uma infinidade de aplicações, entre elas:
Placas de circuito impresso, encapsulamentos de componentes eletrônicos,
Pisos industriais e decorativos, tintas anticorrosivas, pintura em pó,
Adesivos estruturais, geradores eólicos, transformadores a seco, isoladores,
artigos esportivos, etc.

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2.2 Poliuretano (PU)
▰ O poliuretano (PU) é um polímero que forma um material sólido com
textura muito similar à espuma.
▰ O poliuretano pode ser produzido com várias densidades e durezas,
que mudam de acordo com as substâncias utilizadas na sua
polimerização.
▰ A criação dos poliuretanos é atribuída ao químico industrial alemão Otto Bayer
(1902–1982), que descobriu a reação de policondensação de isocianatos e polióis.

17. 17
2.2 Poliuretano (PU)
▰ Os aditivos também podem melhorar a resistência à combustão, a
estabilidade química, entre outras propriedades.
▰ Este polímero é muito usado na produção de espumas para colchões,
travesseiros, assentos de automóveis, isolantes térmicos de paredes e
refrigeradores, isolantes acústicos, na produção de fibras, vedações,
calçados e bolas de futebol.

18. 18
2.3 Silicones
▰ Os silicones são polímeros inertes, inodoros, insípidos,
resistentes à decomposição pelo calor, água ou
agentes oxidantes, além de serem bons isolantes
elétricos e biocompatíveis.
▰ Apresentam boa resistência a luz ultravioleta, bem
como o ozônio, e também a altas ou baixas
temperaturas (-45 a +145°C).

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2.3 Silicones
▰ Possuem muitas aplicações médicas, pela
excelente biocompatibilidade, como
cateteres, tubos de drenagem e próteses
para pessoas que se acidentaram ou
mamárias
▰ É comum na composição de produtos
cosméticos e em utensílios do dia a dia.

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2.4 Resinas fenólicas (Baquelite)
▰ As resinas fenólicas foram primeiramente
utilizadas na fabricação de peças
isolantes elétricas e resistentes ao calor.
▰ Outras aplicações incluem a produção de
placas de circuito impresso com lâminas
de papel e tecido impregnados, moldagem
de fundição, lixas, abrasivos e rebolos.

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2.4 Resinas fenólicas (Baquelite)
▰ As resinas fenólicas foram primeiramente
utilizadas na fabricação de peças
isolantes elétricas e resistentes ao calor.
▰ Outras aplicações incluem a produção de
placas de circuito impresso com lâminas
de papel e tecido impregnados, moldagem
de fundição, lixas, abrasivos e rebolos.

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3 Processamento de polímeros
▰ Para obtenção dos diversos tipos de
produtos constituídos de materiais
poliméricos já mostrados até então,
também existem vários processos de
fabricação para moldagem destes
materiais.

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3.1 Moldagem por injeção
▰ O processo de moldagem por injeção envolve o enchimento rápido sob
pressão de uma cavidade de um molde com um polímero, seguido da
solidificação do material para formar um produto
▰ Esse processo é utilizado em termoplásticos, elastômeros e
termofixos.
▰ Enfim, pelo processo de injeção é possível confeccionar uma imensa
variedade de produtos, de várias formas e tamanhos.

24. 24
3.1 Moldagem por injeção

25. 25
3.1 Moldagem por injeção

26. 26
3.1 Moldagem por injeção

27. 27
3.1 Moldagem por injeção

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3.2 Extrusão
▰ É o mais importante processo de transformação de plásticos.
▰ O processo de extrusão de plásticos consiste basicamente em forçar a
passagem (controlada) do material granulado por dentro de um
cilindro aquecido, por meio de uma ou duas roscas “sem fim”, que
transportam, misturam, compactam e permitem a retirada de gases
liberados no processo.

29. 29
Em termos dos
produtos obtidos, o
processo de
extrusão pode ser
dividido em extrusão
de perfis, sopro,
filmes e chapas.
3.2 Extrusão

30. 30
3.2 Extrusão
▰ Extrusão de perfis

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão de perfis

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão por sopro
▻ Insuflação de ar no interior de um
seguimento de tubo, pré-injetado ou
extrudado no interior do molde.

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão por sopro

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão por sopro

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão por sopro

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão de filmes

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3.2 Extrusão
▰ Extrusão de filmes

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3.3 Calandragem
▰ Consiste em passar o polímero moldável
entre rolos sucessivos, de forma a obter
lâminas ou lençóis plásticos contínuos, de
espessura regular.

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3.3 Calandragem
▰ Produz a matéria-prima para a
termoformagem
▰ Obtenção de placas e lâminas plásticas.

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3.5 Rotomoldagem
▰ É um processo altamente versátil que
permite ilimitadas possibilidades de projeto,
com baixos custos e produção em baixa
escala; utilizado para a produção de peças
ocas como tanques, caixas de água, artigos
para playgrounds, peças técnicas,
manequins, brinquedos.
▰ O material plástico a ser moldado por esse
processo deve ser carregado no molde
aquecido na forma de pó (para facilitar a
fusão), este molde é então movimentado
dentro de uma estufa a fim de que todo
material fundido tome a forma do molde; o
https://www.youtube.com/watch?v=x-djWKNv3cw

41. 41
3.5 Rotomoldagem

42. 42
3.5 Rotomoldagem

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3.6 Fiação
▰ Polímeros na forma de fibras são capazes de serem estirados
numa proporção comprimento-diâmetro 100:1.
▰ Comercialmente sua maior aplicação é na indústria têxtil.
▰ Em uso são exigidas mecanicamente por tração, torção,
cisalhamento e abrasão.
▰ Os polímeros usados são sempre termoplásticos, capazes de
atingir alto grau de cristalização.

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3.6.1 Fiação via fusão
▰ Consiste em passar o polímero fundido por uma fieira,
formando-se filamentos viscosos que se solidificam por
resfriamento e são enrolados em bobinas.
▰ Ex: fabricação da fibras de nylon, PP e poliéster.

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3.6.2 Fiação via seca
▰ O polímero é solubilizado em um solvente.
▰ Obtenção de fibras partindo de solução altamente
concentrada de polímero, que passa através de uma fieira e
resfria-se.
▰ Ex: fabricação de fibras de poliacrilonitrila.

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3.6.3 Fiação via úmida
▰ Diferentemente da fiação via-seca a
solução de polímero é alimentada na
fieira que se encontra em um banho
coagulante.
▰ Fibras acrílicas (copolímeros de
acrilonitrila com teor de acrilonitrila
entre 35% e 85%) podem ser obtidas
por fiação via seca ou fiação via úmida.
▰ Obtenção de fibras partindo de uma
solução aquosa alcalina do polímero
que se solidifica em meio ácidos, após
passar por um fieira.

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3.6 Fiação

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3.7 Vulcanização
▰ Aumento da resistência mecânica de
elastômeros pelo aumento de ligações
cruzadas.
▰ Coloca-se o material elastômero em contato
com substâncias a base de enxofre e aumenta-
se sua temperatura.
▰ Aplicação típica: vulcanização de borrachas
de pneus
▰ Conforme a resistência mecânica é aumentada
a capacidade de deformação do elastômero é
diminuída.

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3.8 Moldagem por compressão
▰ Bastante utilizado para
processar polímeros
termofixos.
▰ Material na forma de pó,
granulado ou de pastilhas é
colocado no interior de molde
aquecido.
▰ O molde é fechado e
submetido à alta pressão.
▰ Processo possui alguma
similaridade com processo de
sinterização de metais.
Contramol
de
Mold
e
Compressã
o
Fontes de
calor
Peça
moldada

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3.9 Moldagem por transferência
▰ Processo similar ao de moldagem por
injeção.
▰ Utilizado exclusivamente em
materiais termofixos.
▰ Diferença: material ainda não sofreu
cura (mesmo que parcial) é aquecido e
comprimido para dentro de uma
matriz através de um canal de injeção.
▰ Também são necessários pinos de
ejeção para retirada da peça da matriz.