UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA QUÍMICA
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DO AGENTE DE ACOPLAMENTO (TITANATO) SISTEMA POLIPROPILENO/ATAFULGITA.
EDILANE LARANJEIRA
CAMPINA GRANDE - PARAÍBA
SETEMBRO - Í99E
•T
EDILflNE LARANJEIRA
AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DO AGENTE DE ACOPLAMENTO (TITANATO) NO SISTEMA POLIFROPILENO/ATAPULGITA.
DISSERTAÇÃO APRESENTADA AO CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA QUÍMICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA, EM CUMPRIMENTO AS EXIGÊNCIAS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE.
AREA DE CONCENTRAÇÃO: TECNOLOGIA DOS MATERIAIS NAO METÁLICOS
PROFESSORA ORIENTADORA: LAURA HECKER DE CARVALHO
CAMPINA GRANDE - PARAÍBA SETEMBRO - Í992
A V A L I A Ç Ã O DOS E F E I T O S DO AGENTE DE ACOPLAMENTO ( T I T A N A T O ) NO SISTEMA P O L I P R O P I L E N O / A T A P U L G I T A .
E D I L Â N E L A R A N J E I R A
D I S S E R T A Ç Ã O APROVADA EM 2 1 . 0 9 . 9 2
LAURA HECKER DE CARVALHO O r i e n t a d o r a E S T E V Ã O F R E I R E C o - O i - i e n t a d o r ( n a U n i v e r s i d a d e ) 4 Í A A y t7^ -ERNST S P I E T H C o - O r i e n t a d o r ( n a I n d ú s t r i a ) R Ó M U L O F E I T O S A NAVARRO C o m p o n e n t e d a B a n c a O D E L S I A L . ^ í a Í E Z D Ê A L S I N A C o m p o n e n t e d a B a n c a CAMPINA GRANDE - P A R A Í B A SETEMBRO - 1 9 9 2
D E D I C A T Ó R I A
Aos meus p a i s e i r m ã o s
A G o n z a g a e a o n o s s o f i l h o , R o d r i g o
AGRADECIMENTO ESPECIAL
A DEUS, p e l a f o r ç a p a r a r e s i s t i r , c o n s t â n c i a p a r a p e r s e v e r a r , p a c i ê n c i a n o s o f r i m e n t o e p e l o e n t e n d i m e n t o d e q u e o h e r ó i n ã o s e f a z sem l u t a !
AGRADECIMENTOS
A o r i e n t a d o r a , P r o f * L a u r a H e c k e r d e C a r v a l h o , p e l o a p o i o , p e l a a t e n ç ã o e p a l a v r a s d e i n c e n t i v o , q u e L o r a s o a v a m " f o r t e s " , irias q u e , sem n e n h u m a d ú v i d a , t i n h a m uma r a z ã o d e s e r : n ã o d e i x a r q u e a b a t a l h a f o s s e p e r d i d a a n t e s d a l u t a . P o r t a n t o , a q u i e s t á o r e s u l t a d o f i n a l : t r a b a l h o c o n c l u í d o ! Ao c o - o r i e n t a d o r n a U n i v e r s i d a d e , P r o f ° E s t e v ã o F r e i r e , p e l a d e d i c a ç ã o e p a r t i c i p a ç ã o e f e t i v a n o d e s e n v o l v i m e n t o d o t e x t o d e s t a d i s s e r t a ç ã o . A o s c o o r d e n a d o r e s d a P ó s - G r a d u a ç ã o em E n g e n h a r i a Q u í m i c a , P r o f e s s o r e s K e p l e r B o r g e s F r a n ç a e O d e l s i a L . S a n c h e z d e A l s i n a , p e l a s c o n d i ç õ e s o f e r e c i d a s p a r a c o n c l u s ã o d e s t e t r a b a l h o . Ao P r o l " M a r c e l o S i l v e i r a R a b e l l o , p e l o f o r n e c i m e n t o d e a r t i g o s t é c n i c o s , d i s p o n i b i l i d a d e e s u g e s t õ e s o f e r e c i d a s . A E n g * M a r i s t e l a A l v e s d a S i l v a , p e l a e l a b o r a ç ã o d a a n á l i s e q u í m i c a , c o l a b o r a ç ã o n a c o n f e c ç ã o d o s g r á f i c o s e o r g a n i z a ç ã o f i n a l , d e s t e t r a b a l h o . Ao E n g ° N a g e l A l v e s C o s t a , p e l a c o n f e c ç ã o d o s g r á f i c o s As s e c r e t á r i a s d o c u r s o d e P ó s - G r a d u a ç ã o em E n g e n h a r i a Q u í m i c a , M a r i a J o s é B e z e r r a C a v a l c a n t i e M a r i c é P e r e i r a d a S i l v a , p e l o i n c e n t i v o e c o o p e r a ç ã o , a o s p r o f e s s o r e s e a l u n o s , p e l a c o n v i v ê n c i a , c o l a b o r a ç ã o e e x p e r i ê n c i a a d q u e r i d a . Ao c o - o r i e n t : a d o r n a I n d ú s t r i a , P o l i b r a s i l S/A, Dr . E r n s t S p i e t h , p e l a c o n f i a n ç a , a t e n ç ã o e o p o r t u n i d a d e d e r e a l i z a ç ã o d a p a r t e e x p e r i m e n t a l d e s t e t r a b a l h o . Ao c h e f e d o TPL ( L a b o r a t ó r i o d e T e c n o l o g i a d e P r o d u t o ) , E n g ° R a u l S a n M a r t i n R i v a d u l l a , p e l o a p o i o , p e l a c o o p e r a ç ã o e
l i b e r a ç ã o d o L a b o r a t ó r i o . A o É n g " J o ã o Beway G. N. S e g u n d o , p e l a s v a l i o s a s s u g e s t cies . Aos t e c n o l o g i s t a s do TPL, d e s t a c a n d o C a r l o s H e r v a l B e z e r r a , que t e v e uma a t u a ç ã o d e c i s i v a , em t o d o s o s e s t á g i o s da p a r t e e x p e r i m e n t a l e W i l m a S a l e s C. R o c h a , p e l a r e a l i z a ç ã o d o s e n s a i o s f í s i c o s . Ao o p e r a d o r de m á q u i n a s , M a r c o s A n t ô n i o M. V a s c o n c e l o s , p e l a m o l d a g e m d o s c o r p o s de p r o v a . A R o b e r t o e ao e s t a g i á r i o H é l i o , p e l o a u x í l i o n a s m i s t u r a s d o s c o m p ó s i t o s e na l i m p e z a d o s e q u i p a m e n t o s . Ao I C L ( L a b o r a t ó r i o de C o n t r o l e I n d u s t r i a l ) na p e s s o a do s u p e r v i s o r A d a u t o L u i z M. M a s c a r e n h a s , p e l a r e a l i z a ç ã o d a s a n á l i s e s de u m i d a d e e g r a n u i o m e t r i a . Aos d e m a i s F u n c i o n á r i o s da P o l i b r a s i l S/A, p e l o a g r a d á v e l a c o l h i m e n t o e c o m p a n h e i r i s m o . A UBM ( U n i ã o B r a s i l e i r a de M i n e r a ç ã o S/A) n a p e s s o a do D r . V i c e n t e de P a u l a M. F r e i t a s , p e l a c o n c e s s ã o da a t a p u l g i t a . Ao D e p a r t a m e n t o de E n g e n h a r i a M e c â n i c a ( P U C / R J ) , na p e s s o a do P r o f ° J o s é R o b e r t o D ' A l m e i d a , p e l a r e a l i z a ç ã o d a s a n á l i s e s p o r m i c r o s c o p i a e l e t r ô n i c a d a s a m o s t r a s .
SUMARIO F u r a m e s t u d a d o s o s e f e i t o s da i n c o r p o r a ç ã o da a t a p u l g i t a , uma c a r g a m i n e r a l , t r a t a d a com a g e n t e de a c o p l a m e n t o do t i p o t i t a n a t o , n a s p r o p r i e d a d e s do p o l i p r o p i 1 e n o i s o t á t i c o . C o m p ó s i t o s de p o l i p r op i 1 e n o c o n t e n d o t e o r e s de c a r g a de 1.0, 2(0, 3 0 e 4 0 % , em p e s o , Foram m i s t u r a d o s à F r i o em m i s t u r a d o r H e n s c h e l e em s e g u i d a p o r t a m b o r e a m e n t o em m i s t u r a d o r t i p o "V". A m i s t u r a r e s u l t a n t e f o i p r o c e s s a d a em e x t r u s o r a de r o s c a ú n i c a e p o s t e r i o r m e n t e t r i t u r a d a n o m o i n h o de f a c a s . A m o l d a g e m d o s c o r p o s de p r o v a f o i r e a l i z a d a p o r i n j e ç ã o . Os p r o d u t o s f o r a m c a r a c t e r i z a d o s p o r a n á l i s e s t é r m i c a ( C a l o r i m e t r i a D i f e r e n c i a l de V a r r e d u r a ) , f í s i c a ( í n d i c e de f l u i d e z e d u r e z a ) , m e c â n i c a ( e n s a i o s de t r a ç ã o , f l e x ã o e r e s i s t ê n c i a ao i m p a c t o ) e p o r an á 1 i s e mor f o 1 ó g i c a . Os r e s u l t a d o s m o s t r a r a m que a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o d o s c o m p ó s i t o s a u m e n t o u com a c o n c e n t r a ç ã o de TTS ( t r i i s o s t e a r o i 1 i s o p r o p i l t i t a n a t o ) d i l u í d o , o que f o i c o n f i r m a d o p e l a a n á l i s e m o r f o l ó g i c a . A a d e s ã o p o l í m e r o - c a r g a m e l h o r o u com t r a t a m e n t o d e c a r g a com TTS d i l u í d o , em r e l a ç ã o ao n ã o d i l u í d o , s e n d o v e r i f i c a d a uma a d e s ã o m e l h o r q u a n d o se u t i l i z o u p a r t í c u l a s m a i o r e s de a t a p u l g i t a . 0 t r a t a m e n t o da c a r g a com TTS d i l u í d o n ã o a f e t o u a d u r e z a d o s c o m p ó s i t o s , bem como o m ó d u l o de f l e x ã o , em r e l a ç ã o a o T I S n ã o d i l u í d o . A r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o n ã o s o f r e u a l t e r a ç ã o com o t r a t a m e n t o d a c a r g a com TTS d i l u í d o ein r e l a ç ã o ao TTS n ã o d i 1 u í d o .
ABSTRACT The e-Ffect s o f i n c o r p o r a t i o n o f a m i n e r a l
f i l l e r
t r e a t e d w i t h a t i t a n a t e c o u p l i n g a g e n t on t h e p r o p e r t i e s o f i s o t a c t i c p o l y p r o p y l e n e w e r e e v a l u a t e d . P o l y p r o p y l e n e c o m p o s i t e s w i t h f i l l e r l e v e l s o f i 0 , 2 0 , 30 and 4 0 % by w e i g h t : w e r e m i x e d a t r o o m t e m p e r a t u r e i n a H e n s c h e l m i x e r and a l s o i n m i x e d o f "V" t y p e . The r e s u l t i n g c o m p o u n d was p r o c e s s e d i n a s i n g l e - s c r e w e x t r u d e r and f i n a l l y g r i n d e d i n a m i l l . The t e s t s p e c i m e n s w e r e made by i n j e c t i o n m o l d i n g . The p r o d u c t s w e r e c h a r a c t e r i z e d by m e a n s o f t h e r m a l a n a l y s i s ( d i f f e r e n t i a l s c a n n i n g c a l o r i m e t r y , p h y s i c a l a n a l y s i s ( m e l t f l o w i n d e x and h a r d n e s s ) ; m e c h a n i c a l a n a l y s i s ( t e n s i l e , f l e x u r a l and i m p a c t t e s t s ) and m o r p h o l o g i c a l a n a l y s i s . R e s u l t s s h o w n t h a t t h e i m p a c t s t r e n g t h o f c o m p o s i t e s i n c r e a s e d w i t h t h e i n c r e a s i n g r a t e o f d i l u t e d TTS, w i c h was c o r r o b o r a t e d by m o r p h o l o g i c a l a n a l y s i s . The p o l y m e r - f i l l e r a d h e s i o n was i m p r o v e d w i t h t h e f i l l e r t r e a t m e n t w i t h d i l u t e d I T S , c o m p a r i n g w i t h n o n - d i l u t e d I T S . The a d h e s i o n was i m p r o v e d w i t h b i g g e r f i l l e r p a r t i c l e s . The f i l l e r t r e a t m e n t w i t h d i l u t e d TTS d i d n o t a f f e c t e d t h e h a r d n e s s p r o p e r t i e s o f c o m p o s i t e s , a s w e l l a s t h e f l e x u r a l m o d u l u s , c o m p a r i n g w i t h n o n - d i l u t e d TTS. The t e n s i l e s t r e n g t h d i d n o t s u f f e r a n y m o d i f i c a t i o n w i t h t h e f i l l e r t r e a t m e n t w i t h d i l u t e d TTS and c o m p a r i n g w i t h n o n - d i l u t e d I T S .I N D I C E 1 . I N T R O D U Ç Ã O '. . . 0 1 2 . FUNDAMENTOS T E Ó R I C O S 0 4 2 . i . P o l i m e r o s 0 4 2 . a . C a r g a s 0 6 2.3. C o m p ó s i t o s 0 8 2 . 4 . A g e n t e d e A c o p 1 a m m e n t o j.0 a . 5 . P r o p r i e d a d e s 14 a . 5 . í . I n t e r f a c e i 6 a . 6 . C a r a c t e r i z a ç ã o d e C o m p ó s i t o s i S a . ó . í . E n s a i o s d e T r a ç ã o 19 a . 6. a . E n s a i o s d e F l e x ã o 2 0 2.6.3. E n s a i o s d e I m p a c t o 2Í 2.7. P r o c e s s a m e n t o d e C o m p ó s i t o s 2.3 2 . 7 . í . E x t r u s ã o 24 2.7.2. I n j e ç ã o 27 3 . REVISftO DA LITERATURA 32 4 . M A T E R I A I S E M É T O D O S 4 Í 4 . Í . E q u i p a m e n t o s U t i l i z a d o s 4 í 4 . a . P r o d u t o s Q u í m i c a s U t i l i z a d o s 4 a 4 . 3 M é t o d o s E x p e r i m e n t a i s 4 4 4 . 3 . í . C a r a c t e r i z a ç ã o d a C a r g a 4 4 4 . 3 . a . T r a t a m e n t o s R e a l i z a d o s n a A t a p u l g i t a 4 5 4 . 3 . 3 . P r e p a r a ç ã o d o s C o m p ó s i t o s 4 5 4 . 3 . 4 . A n á l i s e e C a r a c t e r i z a ç ã o d o s M a t e r i a i s . . . . 4 6 4 . 3 . 4 . 1 . C a r a c t e r i z a ç ã o M e c â n i c a 4 6 4 . 3 . 4 . a . C a r a c t e r i z a ç ã o T é r m i c a 4 7
4 . 3 . 4 . 3 .
Caracterização
T í s i c a , 4 9 4 . 3 . 4 . 4 . A n á l i s e M o r f o l ó g i c a 4 ?5. RESULTADOS E DISCUSSfiO 5 0
5 . í . C a r a c t e r i z a ç ã o d o s M a t e r i a i s 5 0 5 . Í . Í . A t a p u l g i t a 5 0 5 . 1 . 1 . 1 . A n á l i s e T e r m o g r a v i m é t r i c a e Q u í m i c a . 5 0 5 . í . 2 . C a r a c t e r i z a ç ã o F í s i c a d o s C o m p ó s i t o s . . . 5 1 5 . 1 . 2 . 1 .Dureza
5 1 5 . 1 . 2 . 1 . í n d i c e d e F l u i d e z 5 4 5 . Í . 3 . C a r a c t e r i z a ç ã o T é r m i c a 5 4 5 . Í . 4 . C a r a c t e r i z a ç ã o M o r f o l ó g i c a 6 1 5 . 1 . 4 . 1 . C o m p ó s i t o s com A t a p u l g i t a n ã o T r a t a d a 6 1 5 . 1 . 4 . 2 . C o m p ó s i t o s com A t a p u l g i t a T r a t a d a com T T S 6 3 5 . 1 . 4 . 3 . C o m p ó s i t o s com A t a p u l g i t a T r a t a d a com T T S D i l u í d o 6 6 5 . 1 . 5 . C a r a c t e r i z a ç ã o M á c â n i c a 6 7 5 . 1 . 5 . 1 . E n s a i o s d e T r a ç ã o 6 7 5 . 1 . 5 . 2 . E n s a i o s d e F l e x ã o 7 1 5 . 1 . 5 . 3 . E n s a i o s d e I m p a c t o 7 4 6 . C O N C L U S Õ E S 7 9 7. S U G E S T Õ E S S0 8 . REFERENCIAS B I B L I O G R Á F I C A S 8 1 9 . Í N D I C E D E FIGURAS 9 0 1 0 . Í N D I C E D E QUADROS 9 2 1 1 . Í N D I C E D E TABELAS 9 3 1 2 . Í N D I C E D E A N E X O S 9 4i . INTRQJ__f__Q O d e s e n v o l v i m e n t o d o s c o m p ó s i t o s p o l i m é r i c o s -Foi m o t i v a d o p e l a t e n t a t i v a d e s u b s t i t u i r m a t e r i a i s d e e n g e n h a r i a t r a d i c i o n a i s t a i s como a m a d e i r a , o v i d r o e m a t e r i a i s m e t á l i c o s p o r p r o d u t o s s i n t é t i c o s com p r o p r i e d a d e s o b t i d a s c o n f o r m e s e d e s e ,'j a . De uma f o r m a b a s t a n t e a b r a n g e n t e , p o d e - s e d i z e r q u e o s c o m p ó s i t o s s ã o m a t e r i a i s h e t e r o g ê n e o s , m u l t i f á s i c o s , p o d e n d o s e r o u n ã o p o l i m é r i c o s , o n d e um d o s c o m p o n e n t e s , d e s c o n t í n u o d á a p r i n c i p a l r e s i s t ê n c i a a o e s f o r ç o ( c o m p o n e n t e e s t r u t u r a l ) , e o o u t r o , c o n t í n u o , é o m e i o d e t r a n s f e r ê n c i a d e s s e e s f o r ç o ( c o m p o n e n t e m a t r i c i a l ) ( M a n o , 1 9 9 1 ) . E m b o r a o c o m p ó s i t o a p r e s e n t e p r o p r i e d a d e s d i f e r e n t e s d o s m a t e r i a i s c o n s t i t u i n t e s , c a d a um d e l e s p e r m a n e c e com s u a s c a r a c t e r í s t i c a s i n d i v i d u a i s . As p r o p r i e d a d e s d o s p o l í m e r o s s ã o a l t e r a d a s p e l a a d i ç ã o de c a r g a s , n o t a d a m e n t e o c o m p o r t a m e n t o m e c â n i c o . As c a r g a s a l é m de r e d u z i r em g e r a l , a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o , c a u s a m a u m e n t o n a v i s c o s i d a d e d o m a t e r i a l F u n d i d o , d i f i c u l t a n d o s e u p r o c e s s a m e n t o , p o d e n d o t a m b é m c o n t r i b u i r p a r a uma m a i o r p r o p a g a ç ã o d e t r i n c a s , r e d u z i n d o a r e s i s t ê n c i a â f a d i g a ( R i c h a r d s o n , Í 9 7 7 ) . As c a r g a s , p o r o u t r o l a d o , m e l h o r a m d e t e r m i n a d a s p r o p r i e d a d e s d a m a t r i z , como o a u m e n t o da e s t a b i l i d a d e t é r m i c a e d i m e n s i o n a l , e d a r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o . P o d e m , a l é m d i s s o , c o n f e r i r p r o p r i e d a d e s e s p e c í f i c a s como n u c l e a ç ã o c r i s t a l i n a , t i x o t r o p i a e c o l o r a ç ã o ( G a o h t e r & M u l l e r , 1 9 8 5 ) . A e f i c i ê n c i a d a a t u a ç ã o d a s c a r g a s é t a n t o m a i o r q u a n t o m a i o r f o r a s u a a f i n i d a d e com a m a t r i z , e q u a n t o m e l h o r f o r a í
d i s p e r s ã o d a s p a r t í c u l a s . A a f i n i d a d e e n t r e o p o l í m e r o e a
carga,
d e p e n d e d e f a t o r e s como a • n a t u r e z a q u í m i c a d o s c o n s t i t u i n t e s , a g e o m e t r i a d a p a r t í c u l a , e a n a t u r e z a d a s u p e r f í c i e d a p a r t í c u l a ( K a r t z & M i l e w s k i , 1 9 7 8 j M a n r i c h , Í 9 8 4 ) . A g e n t e s d e a c o p l a m e n t o d o t i p o s i l a n o e t i t a n a t o , g e r a l m e n t e s ã o u t i l i z a d o s p a r a m o d i f i c a r a s u p e r f í c i e d e a l g u m a s c a r g a s v i s a n d o m e l h o r a r a c o m p a t i b i l i d a d e com o p o l í m e r o , v i s t o que e s t e s a g e n t e s agem como l i g a n t e s e n t r e o p o l í m e r o ( o r g â n i c o ) e c a r g a ( i n o r g â n i c a ) ( M a n r i c h , 1 9 8 4 ) . N ã o h a v e n d o uma b o a a d e s ã o , a c a r g a p o d e r á s e r a r r a n c a d a d a m a t r i z , p r e j u d i c a n d o d r a s t i c a ment e a s p r op r i e d ad e s d o c omp ó s i t o . D e s s a f o r m a , t o r n a -se f u n d a m e n t a l uma b o a a d e s ã o e n t r e o s c o m p o n e n t e s , p a r a q u e h a j a a t r a n s f e r ê n c i a d e t e n s o e s d o p o 1 í iti e r o p a r a a f i b r a , a u m e n t a n d o a ' r e s i s t ê n c i a m e c â n i c a d o m a t e r i a l ( R a b c l l o , 1 9 8 9 ) . ü u s o d a a t a p u l g i t a , como c a r g a em p o l í m e r o , t e m s i d o r e g i s t r a d a s o m e n t e cm p o u c o s t r a b a l h o s d e s e n v o l v i d o s r e c e n t e m e n t e . A a t a p u l g i t a é um m a t e r i a l a r g i l o s o d e c o n s i s t ê n c i a f i r m e , d e b a i x a d e n s i d a d e , p o r o s o , m a c i ç o , q u e b r a d i ç o , d e c o l o r a ç ã o e s b r a n q u i ç a d a , a m a r e l a d a o u e s v e r d e a d a , p o s s u i n d o a s e g u i n t e F ó r m u l a g e r a l : l-UMg»Si i _ 0 » « ( O H ) * . „ . 6Hj-ü ( D r e w s & F o n t e s , 1 9 8 8 ) . S e g u n d o a c l a s s i f i c a ç ã o d e G r i m ( 1 9 6 8 ) e s t e a r g i 1 o m i n e r a l p e r t e n c e a o g r u p o d a s h o r r a i t a s ( s e p i o l i t a , p a i i g o r s q u i t a e a t a p u l g i t a ) . A p r e s e n t a t e x t u r a f i b r o s a com a l g u n s m i c r a de c o m p r i m e n t o e e s p e s s u r a d e 5 0 a 100 P i n g s t r o n . A a t a p u l g i t a l i b e r a g r a n d e q u a n t i d a d e d e á g u a a b a i x o de 100 "C, s e n d o v e r i f i c a d a m u d a n ç a e s t r u t u r a l a c i m a d e 7 0 0 "C.a
O p r e s e n t e t r a b a l h o t e v e corno o b j e t i v o c o m p a r a r as p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s do p o l i p r o p i 1 e n o , a p ó s i n c o r p o r a ç ã o d á a t a p u l g i t a t r a t a d a com um a g e n t e de a c o p l a m e n t o ( t i t a n a t o ) , com a m a t r i z p u r a . T a m b é m i ' o i f e i t o um e s t u d o c o m p a r a t i v o de a l g u m a s p r o p r i e d a d e s do s i s t e m a p o l i p r o p i l e n o / a t a p u l g i t a com p r o p r i e d a d e s a p r e s e n t a d a s p o r o u t r o s c o m p ó s i t o s de p o l i p r o p i 1 e n o com c a r g a s c o n v e n c i o n a i s , como o t a l c o e o c a r b o n a t o de c á l c i o , l a r g a m e n t e u t i 1 i z a d a s p e 1 a s i n d ú s t r i a s . 3
2 - F U N D A M E N T O S I £ Q B J £ Q S 2 . 1 - POLYMEROS As c a r a c t e r í s t i c a s d e f u s i b i l i d a d e , q u e i m p õ e m d i f e r e n t e s p r o c e s s o s t e c n o l ó g i c o s , s ã o a b a s e d a c l a s s i f i c a ç ã o d o s p o l í m e r o s em t e r m o p l á s t i c o s e t e r m o r r í g i d o s . Os t e r m o p l á s t i c o s p o s s u e m c a d e i a s l i n e a r e s o u r a m i f i c a d a s , p e r m i t i n d o f u s ã o p o r a q u e c i m e n t o e s o l i d i f i c a ç ã o p o r r e s f r i a m e n t o . Os t e r m o r r í g i d o s a o s e r e m a q u e c i d o s , assumem a e s t r u t u r a t r i d i m e n s i o n a l , r e t i c u l a d a , com l i g a ç e s c r u z a d a s , t o r n a n d o - s e i n s o l ú v e i s e i n f u s í v e i s ( M a n o , 1 9 8 5 ) . 0 p o l í p r o p i l e n o , p e r t i n e n t e à c l a s s e d o s p o l í m e r o s , d e n o m i n a d o s p o l i o l e f i n a s , é um m a t e r i a l t e r m o p l á s t i c o , q u e p o s s u i d e t e r m i n a d a s c a r a c t e r í s t i c a s e s p e c í f i c a s , como b o a r e s i s t ê n c i a q u í m i c a , r a z o á v e l d e s e m p e n h o à a l t a s t e m p e r a t u r a s , a l é m d e r i g i d e z e e s t a b i l i d a d e d i m e n s i o n a l a b a i x o d e 1 4 0 <:'C. A l i a d o a e s t e s f a t o r e s , o p o l Í p r o p i l e n o p o s s u i um d o s m a i s b a i x o s v a l o r e s de d e n s i d a d e ( c e r c a d e 0 , 9 0 5 g/cm5*) em r e l a ç ã o a o u t r o s p o l í m e r o s , o q u e o t o r n a um d o s t e r m o p l á s t i c o s m a i s u t i l i z a d o s . Sua u t i l i z a ç ã o d e s t i n a - s e a c o n s t r u ç ã o c i v i l , e m b a l a g e n s , e l e t r o d o m é s t i c o s , à i n d ú s t r i a d e e l e t r o - e l e t r ô n i c o s , a u t o m o b i l í s t i c a , b r i n q u e d o s , c a l ç a d o s , d e p ó s i t o s p a r a a r m a z e n a m e n t o d e p r o d u t o s como g a s o l i n a , e t c . A p r e s e n ç a d e g r u p o s m e t i l a , p e n d e n t e s n a c a d e i a p r i n c i p a l d a m a c r o m o l é c u l a , f a v o r e c e a o x i d a ç ã o d o p o l i p r o p i 1 e n o a t e m p e r a t u r a s r e l a t i v a m e n t e a l t a s ( 8 0 " O , v i s t o q u e o á t o m o de 4
h i d r o g ê n i o l i g a d o ao á t o m o de c a r b o n o t e r c i á r i o é m a i s r e a t i v o , . p r i n c i p a l m e n t e na p r e s e n ç a de m e t a i s de t r a n s i ç ã o , como o F e r r o e o c o b r e . P o r c a u s a d e s t e F a t o , a d i c i o n a m se a g e n t e s a n t i o x i d a n t e s em s u a F o r m u l a ç ã o ( M a c h i o n , í ? G 0 ) . A c i m a de um d e t e r m i n a d o v a l o r , q u a n t o m a i o r For o p e s o m o l e c u l a r , m a i o r s e r á a F a c i l i d a d e de d e g r a d a ç ã o ( M i l l s , 1 9 8 ó ) . A d e g r a d a ç ã o d o p o l í m e r o p o d e s e r v e r i f i c a d a a t r a v é s de s u a s p r o p r i e d a d e s r e o l ó g i c a s , t r a d u z i d a s p e l o í n d i c e de f l u i d e z ( R i e s à M e n g e s , 1 9 8 8 ) . Os a d i t i v o s n o m a l m e n t e u t i l i z a d o s n o p o l i p r o p i 1 e n o , s ã o o s s e g u i n t e s ( G u e d e s & F i l k a u s k a s , 1 9 8 6 ) : A g e n t e a n t i o x i d a n t e - u s a d o p a r a e v i t a r o u r e t a r d a r a d e g r a d a ç ã o d o s t e r m o p l á s t i c o s c a u s a d a p e l a o x i d a ç ã o de s u a s c a d e i a s , p o r i n f l u ê n c i a d o m e i o a m b i e n t e o u de t e m p e r a t u r a e l e v a d a d u r a n t e o p r o c e s s a m e n t o ; A g e n t e a n t i á c i d o •••• n e u t r a l i z a r e s í d u o s de c a t a l i s a d o r e o u t r a s s u b s t â n c i a s que n ã o f o r a m t o t a l m e n t e e x t r a í d a s do p o l í m e r o , e v i t a n d o d a n o s ao e q u i p a m e n t o de t r a n s f o r m a ç ã o ; A g e n t e e s t a b i l i z a n t e - p r o t e g e o p o l í m e r o c o n t r a a d e g r a d a ç ã o , p r o v o c a d a p r i n c i p a l m e n t e p e l o c a l o r e p e l a r a d i a ç ã o u l t r a v i o l e t a ; A g e n t e n u c l e a n t e - p r o v o c a um a u m e n t o s u b s t a n c i a l na t e m p e r a t u r a e ria t a x a de c r i s t a l i z a ç ã o , d u r a n t e o
p r o c e s s a m e n t o , p r o d u z i n d o p e c a s i n j e t a d a s em c i c l o s d e m o l d a g e m m a i s . r á p i d o s : A g e n t e r e t a r d a n t e d e c h a m a - e v i t a a" p r o p a g a ç ã o d a c h a m a e o g o t e j a m e n t o q u a n d o o p o l í m e r o e n t r a em c o m b u s t ã o ; A g e n t e a n t i e s t á t i c o - u s a d o p a r a r e m o v e r o u i n i b i r o a c ú m u l o de c a r g a s e s t á t i c a s p r o v e n i e n t e s d a m á c o n d u t i v i d a d e e l é t r i c a d o p o l i p r o p i 1 e n o . 2 . 2 - CARGAS A i n c o r p o r a ç ã o d e c a r g a s em p o l í m e r o s t e r m o p l á s t i c o s e t e r u i o r í g i d o s t e m como o b j e t i v o m e l h o r a r a s p r o p r i e d a d e s f í s i c a s , t é r m i c a s e m e c â n i c a s d a m a t r i z , a l é m de m o d i f i c a r a a p a r ê n c i a s u p e r f i c i a l , a s c a r a c t e r í s t i c a s d e p r o c e s s a m e n t o e r e d u z i r c u s t o s ( L i n a r e s e t a l . 1 9 8 2 a ) . Com i s s o o b t é m - s e m a t e r i a i s com p r o p r i e d a d e s e s p e c i a i s p a r a f i n s e s p e c í f i c o s ( C a r i è r e , 1 9 9 1 ) . As p r i n c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s d a s c a r g a s q u e i n f l u e n c i a m a s p r o p r i e d a d e s d o c o m p ó s i t o s ã o o t a m a n h o e o f o r m a t o g e o m é t r i c o , p o i s podem a l t e r a r a m o r f o l o g i a da m a t r i z ( H c G e n i t , e t a l . , 1 9 9 1 ) . A c a r g a p o d e s e r de m a t e r i a l o r g â n i c o o u i n o r g â n i c o ( m e l a l i e o o u c e r â m i c o ) , d e f o r m a r e g u l a r o u i r r e g u l a r , f i b r o s o ( t e c i d o o u n ã o t e c i d o ) o u p u l v e r u l e n t o ( e s f é r i c o o u c r i s t a l i n o ) , com o s f r a g m e n t o s a c h a t a d o s ( c o m o F l o c o s ) o u como F i b r a s m u i t o c u r t a s , d e d i m e n s õ e s q u a s e m o l e c u l a r e s , d e m a t e r i a l 6
m o n o c r i s t a l i n o ( " W h i s k e r s " ) ( M a n o , Í 9 9 Í ) . D e n t r e o s p r i n c i p a i s r e q u i s i t o s que uma c a r g a d e v e p o s s u i r podem s e r c i t a d o s ( R i c h a r d s o n , 1 9 7 7 ) : - b o a s p r o p r i e d a d e s f í s i c a s ; - b a i x a a b s o r ç ã o d e u m i d a d e s ; - b o a m o I h a b i l i d a d e ; - b a i x o c u s t o e d i s p o n i b i l i d a d e ; - a u s ê n c i a de o d o r , e t c . 0 t i p o de f i b r a e m p r e g a d a i n i c i a l m e n t e em m a t r i z e s t e r m o p l á s t i c a s e r a m p r a t i c a m e n t e a s de v i d r o c u r t o . Nos d i a s a t u a i s v e r i f i c a - s e a u t i l i z a ç ã o de f i b r a s c o n t í n u a s e l o n g a s , p r i n c i p a l m e n t e na o b t e n ç ã o de c o m p ó s i t o s de a l t o d e s e m p e n h o . N e s t e s c o m p ó s i t o s s ã o u s a d o s f i b r a s de c a r b o n o e de p o l i a m i d a a r o m á t i c a ( K e v l a r ) ( F r e i r e , 1 9 9 2 ) . 0 e m p r e g o de c a r g a s f i b r o s a s p r o p o r c i o n a m e l h o r r í g i d e z e r e s i s t ê n c i a m e c â n i c a no m a t e r i a l , a l é m d e c o n f e r i r b o a e s t a b i l i d a d e d i m e n s i o n a l e bom d e s e m p e n h o à t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s ( B a d e r , 1 9 8 3 ) . T e o r e s e l e v a d o s de c a r g a t e n d e m a r e d u z i r a e f i c i ê n c i a de r e f o r ç o como c o n s e q u ê n c i a da d i f í c i l d i s p e r s ã o d a s f i b r a s , do i n t e n s o c i s a l h a m e n t o p r o v o c a d o p e l o p r o c e s s a m e n t o , e da a g l o m e r a ç ã o e q u e b r a d a s f i b r a s (Ahmed & J o n e s , 1 9 9 0 ) . A f o r m a d a s p a r t í c u l a s d e v e s e r e s c o l h i d a em f u n ç ã o d a s p r o p r i e d a d e s que s e d e s e j a m no p r o d u t o f i n a l . Q u a n d o s e r e q u e r m e l h o r i a s na r e s i s t ê n c i a â t r a ç ã o , a f o r m a de f i b r a , que p e r m i t e o r i e n t a ç ã o m a c r o m o l e e u l a r em uma d i r e ç ã o , p o d e s e r m a i s 7
v a n t a j o s o . S e , se d e s e j a a u m e n t o n a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o , a
Forma
de p a r t í c u l a s g l o b u l a r e s p o d e r á f a v o r e c e r e s t a p r o p r i e d a d e , p e l adispersão
d e d o m í n i o s m a i s m a c i o s na m a s s a , que a b s o r v e m a e n e r g i a d o c h o q u e ( M a n o , i 9 9 í > . T r a t a n d o - s e d e c a r g a s m i n e r a i s , p a r t í c u l a s m a i s f i n a s s a o m a i s e f i c i e n t e s n a m e l h o r i a d e p r o p r i e d a d e s d o s c o m p ó s i t o s , d e v i d o s a m a i o r á r e a e s p e c í f i c a , o que i m p l i c a em m a i o r á r e a de c o n t a t o ( M a n r i c h e t a l , 1 9 8 8 ) . A l é m d a s c a r g a s t r a d i c i o n a l m e n t e u s a d a s , t e m - s e r e a l i z a d o e s t u d o s v i s a n d o o e m p r e g o de o u t r a s c a r g a s m i n e r a i s , eia p o l í m e r o s t e r m o p l á s t i c o s . A s e p i o l i t a , que é um a v g i 1 o m i n e r a i do g r u p o d a s h o r m i t a s ( s e p i o l i t a , p a i i g o r s q u . i t a e a t a p u l g i t a ) fcém s i d o f o n t e de e x t e n s i v o e s t u d o , e n q u a n t o que a a t a p u l g i t a a i n d a f a z p a r t e de um r e s u m i d o n ú m e r o de p e s q u i s a s . £ . 3 - C O M P Ó S I T O S Couto j á f o i d i t o na I n t r o d u ç ã o , um c o m p ó s i t o p o d e s e r d e f i n i d o como s e n d o urna c o m b i n a ç ã o de d o i s o u m a i s m a t e r i a i s , o n d e e s t ã o p r e s e n t e s uma f a s e c o n t í n u a , c o n s t i t u í d a p e l a m a t r i z , e a f a s e d i s p e r s a , a c a r g a , s o b f o r m a de f i b r a s , p a r t í c u l a s e s f é r i c a s o u p l a q u e t a s , e m b e b i d a s n a m a t r i z ( F l i n n S T r o j a n ,1981),
s e n d o que c a d a q u a l p e r m a n e c e com s u a s c a r a c t e r í s t i c a s i n d i v i d u a i s . A m a t r i z p o d e s e r de m a t e r i a l p o l i m é v i c o , m e t á l i c o o u c e r â m i c o . Os p r i m e i r o s c o m p ó s i t o s d e p o l i p r o p i l e n o s u r g i r a m n o m e r c a d o n a d é c a d a d e 4 0 , e s t a n d o j á e s t a b e l e c i d o s n o m e r c a d o no f i n a l d o s a n o s 6 0 , s e n d o u s a d o com f i b r a de v i d r o e com t a l c o 8( N e u m a n n , Í 9 7 7 ) . A p a r t i r d a d é c a d a d e 7 0 , a l é m d e s t a s c a r g a s , p a s s o u - s e a . u s a r o, c a r b o n a t o de c á l c i o , a m i c a e a s e r r a g e m ( A s m u s , 1 9 8 1 ) . P o s t e r i o r m e n t e , Foram F e i t a s i n c o r p o r a ç õ e s de F i b r a s de a r a m i d a , d e c a r b o n o e d e b o r o ( S e y m o u r , 1 9 8 7 ) . Q u a n d o s e u t i l i z a uma c a r g a f i b r o s a , a s t e n s õ e s a p l i c a d a s a o s i s t e m a s ã o t r a n s f e r i d a s p e l o p o l í m e r o à f i b r a p o r um m e c a n i s m o de t r a n s f e r ê n c i a d e t e n s ã o p o r c i . s a l h a m e n t o O i r y d s o n , 1 9 7 7 ) . Um p a r â m e t r o i m p o r t a n t e n e s t e m e c a n i s m o é o c o n c e i t o de " c o m p r i m e n t o c r í t i c o d a f i b r a " p a r a c e r t o d i â m e t r o , o u s e j a , o c o m p r i m e n t o m í n i m o n e c e s s á r i o p a r a p e r m i t i r q u e a t e n s ã o n a f i b r a a l c a n c e o v a l o r d a t e n s ã o de r u p t u r a em um e s f o r ç o de t r a ç ã o ( H s u e h , 1 9 9 0 ) . A b a i x o d o c o m p r i m e n t o c r í t i c o , a s f i b r a s n ã o s e r ã o s u f i c i e n t e m e n t e l o n g a s p a r a s e " a g a r r a r e m " com e f i c i ê n c i a a o p o l í m e r o p a r a que p o s s a m s u p o r t a r o e s f o r ç o e r o m p e r - s e s o b uma c a r g a de t r a ç ã o ; ao i n v é s d i s s o , d e s l i z a r ã o e s e r ã o a r r a n c a d a s d a m a t r i z ( D r z a i , 1 9 9 0 ) . 0 c o m p r i m e n t o c r í t i c o de f i b r a ( L c ) é d a d o p o r : Lc * DT */SA ( 1 ) o n d e . D - é o d i â m e t r o d a f i b r a T f - é a r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o d a f i b r a A -- é o m e n o r v a l o r e n t r e a r e s i s t ê n c i a a o c i s a l h a m e n t o d a i n t e r f a c e e a r e s i s t ê n c i a a o c i s a I h a m e n t o d a m a t r i z (em g e r a l s e c o n s i d e r a como s e n d o i g u a l a r e s i s t ê n c i a d a m a t r i z ) . Os c o m p ó s i t o s de p o l i p r o p i l e n o , a p r e s e n t a m , d e um modo
em g e r a l , a l g u m a s v a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s q u e e s t ã o d e s c r i t a s n o Q u a d r o i . , QUADRO 1 V a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s d e c o m p ó s i t o s d e p r o p r o p i l e n o ( A s m u s , Í 9 8 Í ) VANTAGENS DESVANTAGENS d u r e z a d e n s i d a d e Aument a r i g i d e z d e s g a s t e d o ma-r e s i s t ê n c i a à t ma-r a ç ã o q u i n a r i o e s t a b i l i d a d e t é r m i c a D i IH i n u i c o n t r a ç ã o n o m o l d e d i l a t a ç ã o t é r m i c a c i c l o d e t r a n s f o r m a ç ã o t e n a c i d a d e 2.4 - AGENTE DE ACQPLAhEKLQ A a d e s ã o i n t e r f a c i a l é um d o s f a t o r e s e s s e n c i a i s p a r a c o n f e r i r a o c o m p ó s i t o b o a s p r o p r i e d a d e s t é r m i c a s e m e c â n i c a s , e c o n s i d e r a n d o a a u s ê n c i a i n e r e n t e d e a f i n i d a d e e n t r e o p o l í m e r o ( o r g â n i c o ) e a c a r g a n o r m a l m e n t e ( i n o r g â n i c a ) , é comum a u t i l i z a ç ã o d e a g e n t e s d e a c o p l a m e n t o n a s u p e r f í c i e d a c a r g a , f u n c i o n a n d o como p o n t e e n t r e a s d u a s f a s e s ( R o s a t o , 1 9 7 0 ) . De um modo g e r a l , a m a i o r p a r t e d o s a g e n t e s d e a c o p l a m e n t o t é m d u p l a 10
f u n c i o n a l i d a d e : r e a g e m com a c a r g a e com o p o l í m e r o . No p r i m e i r o c a s o , há um g r u p o t e r m i n a l h i d r o l i s á v e l que r e a g e com o s í t i o f u n c i o n a l e x i s t e n t e na s u p e r f í c i e i n o r g â n i c a e no o u t r o , h á um g r u p o r e a t i v o o r g â n i c o ( g r u p o o r g a n o - F u n c i o n a l ) que r e a g i r á com a r e s i n a
(Gachter
& M u l l e r , 1 9 8 5 ) . A l é m de m e l h o r a r a a d e s ã o do p o l í m e r o com o m i n e r a l , o s a g e n t e s de a c o p l a m e n t o t a m b é m c a u s a m m e l h o r i a s n o c o m p o r t a m e n t o r e o l ó g i c o do c o m p ó s i t o ( P l u e d d e m a n n , Í 9 8 £ ) . Os a g e n t e s de a c o p l a m e n t o , c o m u m e n t e u t i l i z a d o s p a r a m o d i f i c a ç ã o d a s u p e r f í c i e d a s c a r g a s n o s c o m p ó s i t o s p o l i m é r i c o s , s ã o d o t i p o s i l a n o o u t i t a n a t o (Man e t a l . , 1 9 8 1 ) . Os s i 1 a n o s , i n i c i a l m e n t e u t i l i z a d o s em c o m p ó s i t o s de m a t r i z t e r m o r r i g i d a com f i b r a s de v i d r o , e s t ã o h o j e b a s t a n t e d i f u n d i d o s como a g e n t e s de a c o p l a m e n t o em s i s t e m a s e n v o l v e n d o t e r m o p l á s t i c o s e c a r g o m i n e r a i s ( K a m p o u r i s , 1 9 8 7 ) . Com t e r m o p l á s t i c o s , a i n t e r a ç ã o d o s i l a n o com a m a t r i z n ã o é t ã o c l a r a q u a n t o n o s t e r m o r r í g i d o s ( C o l l i n s , 1 9 7 7 ) . A e s t r u t u r a d o s a g e n t e s do t i p o s i l a n o ( R - S i ( O R ) -3) é c o m p o s t a de d o i s c e n t r o s r e a t i v o s d i s t i n t o s : um d e l e s c o n t e n d o g r u p o s o r g â n i c o s do t i p o a m i n o , v i n i l , e p ó x i o u m e r c a p t o , r e a g e com a m a t r i z p o l i m é r i c a , o o u t r o c o n t e n d o g r u p o a l c o x i ( S i ( O R ) » ) s o f r e h i d r ó l i s e , f o r m a s i l a n o l ( S i - O I - l ) e r e a g e o u c o n d e n s a na f o r m a de s í l i c a , c a u l i m , e t c ( H e s s , 1 9 8 3 ) . U s a n d o a a ç ã o h i d r o l i t i c a d a á g u a , s o b c o n d i ç õ e s de e q u i l í b r i o , o s s i 1 a n o s o r g o n o f u n e i o n a i s a l i v i a m a s t e n s õ e s i n d u z i d a s t e r m i c a m e n t e ao l o n g o d a i n t e r f a c e ( P l u e d d e m a n n , 1 9 8 2 ) . Os a g e n t e s de a c o p l a m e n t o d o t i p o t i t a n a t o , a p r e s e n t a m um g r u p o a l c o x i e t r ê s g r u p o s f u n c i o n a i s . 0 p r i n c í p i o l ide a t u a ç ã o d e s t e s a g e n t e s é s e m e l h a n t e ao do s i l a n o , e m b o r a a c o n s t r u ç ã o d a m o l é c u l a d o t i t a n a t o s e j a m a i s c o m p l i c a d a : ( R ' Ü > , „ - T i ~ ( 0-X--R ' ' - Y > m -Os g r u p o s R'0 r e a g e m com p r ó t o n s l i v r e s n a i n t e r f a c e i n o r g â n i c a , r e s u l t a n d o na f o r m a ç ã o de c a m a d a s m o l e c u l a r e s o r g â n i c a s na s u p e r f í c i e i n o r g â n i c a m o s t r a d o na F i g u r a i . 0 g r u p o X p o d e s e r um f o s f i t o o u f o s f a t o , uma c a r b o x i l a o u s u l f o n i l a . 0 g r u p o R' é a q u e l e que s e l i g a ao t e r m o p l á s t i c o , p o d e n d o s e r de c a r á t e r a l i f á t i c o o u a r o m á t i c o , ü g r u p o Y t é m a f u n ç ã o de l i g a r -se a o s t e r m o r r i g i d o s e p o d e s e r g r u p a m e n t o s « m i n o , a c r í l i c o , m e r c a p t o , h i d r o x i l a o u s i m p l e s m e n t e h i d r o g é n i o , n ã o r e a t i v o ( G a c h t e r & M u l l e r , Í 9 8 5 ; M o n t e & M e r i g o t , i 9 9 í ) . F i g u r a í M e c a n i s m o de a t u a ç ã o d o a g e n t e de a c o p l a m e n t o t i t a n a t o ( M o n t e & M e r i g o t , Í 9 9 i ) 12
A d i l u i ç ã o do t i t a n a t o ein um l í q u i d o c o m p a t í v e l ( p o r e x e m p l o , n u j o l ) , r e s u l t a . e m , u m a c a m a d a u n i Forme e n v o l v e n d o a c a r g a , c o n s e q u e n t e m e n t e o t i m i z a n d o a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s . A F i g u r a 2 i l u s t r a e s t e f e n ô m e n o . F i g u r a 2 E f e i t o da d i l u i ç ã o d o t i t a n a t o n a s p a r t í c u l a s da c a r g a ( H o n t e & S u g e r m a n , 1 9 7 8 ) N ã o d i l u í d o : c a v g a
+
t i t a n a t o n ã o d i l u í d o c a r g a r e v e s t i d a de modo d e s i g u a l D i 1 U Í d O : c a r g a t i t a n a t o d L 1 U i d O d i s t r i b u i ç ã o d o t i. t a n a t o n a c a r g a c a u s a d a p e l o d i l u -e n t -e c a r g a u n i f o r m e -in e n t e r e v e s t i d a Uma g r a n d e e v o l u ç ã o t e m - s e v e r i f i c a d o na f u n c i o n a l i d a d e d o s a g e n t e s de a c o p 1 a m e n t o do t i p o t i t a n a t o , qu e 1e m p e r m i t i d o sua a p l i c a ç ã o em q u a s e t o d a s a s c a r g a s m i n e r a i s e em g r a n d e p a r t e d a s Í 3o n d e P é a p r o p r i e d a d e d o c o m p ó s i t o , V é a f r a ç ã o v o l u m é t r i c a e OS í n d i c e s .1 e 2 r e f e r e m - t e a o s d o i s c o m p o n e n t e s . Nos c o m p ó s i t o s de f i b r a c u r t a , a p r e v i s ã o d a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s é d i f i c u l t a d a d e v i d o a o l a r g o e s p e c t r o d e c o m p r i m e n t o s e o r i e n t a ç õ e s a p r e s e n t a d a s p e l a s f i b r a s , r e s u l t a n t e do p r o c e s s a m e n t o d o c o m p ó s i t o ( R a y s o n , i ? 8 ó ) . A l é m d o m o d e l o m o s t r a d o n a e q u a ç ã o ( 2 ) , e x i s t e m o u t r o s u t i l i z a n d o o u t r a s v a r i á v e i s como t a m a n h o d e p a r t í c u l a , r a z ã o de f o r m a e g r a u d e a d e s ã o , n a p r e v i s ã o d o m ó d u l o de e l a s t i c i d a d e -(01.ow, Í 9 8 0 ) , c o e f i c i e n t e de e x p a n s ã o t é r m i c a ( D u a r t e , 1 9 8 2 ) e c o n d u t i v i d a d e t é r m i c a ( A g a r i & U n o , Í 9 8 6 ) . Em r e l a ç ã o a r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o , o s m o d e l o s n o r m a l m e n t e n ã o r e t r a t a m com f i d e l i d a d e o c o m p o r t a m e n t o r e a l . P a r a o e s t u d o d e s t e s m o d e l o s t e ó r i c o s , g e r a l m e n t e s ã o f e i t a s a s s e g u i n t e s c o n s i d e r a ç õ e s ( H o l i s t e r & T h o m a s , 1 9 6 6 ) : - c o m p o r t a m e n t o e l á s t i c o , t a n t o p a r a a f i b r a como p a r a a m a t r i z , - a d e s ã o p e r f e i t a e n t r e m a t r i z / f i b r a > - a r r a n j o d a s f i b r a s r e g u l a r . No e n t a n t o , cm c o m p ó s i t o s r e a i s , s ã o v e r i f i c a d a s á r e a s de a d e s ã o i m p e r f e i t a e t e n s õ e s r e s i d u a i s , como c o n s e q u ê n c i a d o e n c o l h i m e n t o d o m a t e r i a l , s i n g u l a r i d a d e g e o m é t r i c a e v a z i o s , d e n t r e v á r i o s o u t r o s f a t o r e s ( P a p a n i c o l a o u , 1 9 8 9 ) . A t e n d ê n c i a da f i b r a em r e s t r i n g i r o a l o n g a m e n t o l i v r e , d a m a t r i z n a r e g i ã o p r ó x i m a à f i b r a , t a m b é m p r e j u d i c a a a d e s ã o ( T h e o c a r i s &
P a p a n i c o 1 a o u , í 9 7 9 ) . 0 m o d e l o t e ó r i c o m o s t r a d o na' e q u a ç ã o ( 2 ) , q u e é o m o d e l o d e V o i g t : , r e p r e s e n t a à a p l i c a ç ã o d a F o r ç a n o c o m p ó s i t o n a mesma d i r e ç ã o d a s f i b r a s , como m o s t r a a F i g u r a 3 a , e é o l i m i t e s u p e r i o r p a r a o m ó d u l o de e l a s t i c i d a d e . ü l i m i t e i n f e r i o r , q u e c o r r e s p o n d e a a t u a ç ã o d a f o r ç a n a d i r e ç ã o p e r p e n d i c u l a r à o r i e n t a ç ã o d a s f i b r a s , r e p r e s e n t a d o n a F i g u r a 3b é o m o d e l o d e f í e u s s , m o s t r a d o n a e q u a ç ã o ( 3 ) . E n t r e e s t e s d o i s e x t r e m o s , e n c o n t r a - s e o v a l o r r e a l d o m ó d u l o de e l a s t i c i d a d e ( F o l k e s , Í 9 8 5 ) . P = ( P * . P « ) / ( PJ LV « + P « . Ua > ( 3 ) F i g u r a 3 ( a ) V o i g t ( b > R e u s s I 2 . 5 . í - I n t e r f a c e Fm g e r a l , a s p r o p r i e d a d e * d o s c o m p ó s i t o s , d e p e n d e m d a c a p a c i d a d e d a r e s i n a t r a n s f e r i r t e n s f f e s p a r a a f i b r a a t r a v e ' s d a i n t e r f a c e ( L i n a r e s & A c o s t a , Í 9 8 4 ) , como r e s u l t a d o s d a d e f o r m a ç ã o e l á s t i c a l o n g i t u d i o n a l e n t r e a c a r g a e a m a t r i z (líorley & M i l l m a n , . 1 9 7 4 ) . A e x i s t ê n c i a d e um v a l o r m á x i m o d a t e n s ã o de 16
c i s a l h a m e n t o que p o d e s e r t r a n s f e r i d o .ap r e f o r ç o , a q u a l d e p e n d e de e f e i t o s d e f r i c ç ã o , é d e f e n d i d o p e l o s r e f e r i d o s a u t o r e s . P o r t a n t o , a á r e a de c o n t a t o e n t r e o p o l í m e r o e a c a r g a , d e n o m i n a d a de i n t e r f a c e , a s s u m e p a p e l d e c i s i v o no que d i z r e s p e i t o à s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d o p r o d u t o f i n a l . M a t e r i a i s q u e a p r e s e n t a m uma b o a a d e s ã o i n t e r f a c i a l , p o s s u e m , p o r c o n s e q u ê n c i a , b o a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s ( A c o s t a e t a l . , 1 9 8 6 a ) . A m o r f o l o g i a d a i n t e r f a c e em t o r n o da s u p e r f í c i e da p a r t í c u l a p o d e a f e t a r o c o m p o r t a m e n t o m e c â n i c o d o m a t e r i a l . A t u a l m e n t e , é c o m p r o v a d o que a a t i v i d a d e d a c a r g a i n d u z o a r r a n j o da c a d e i a p o l i m é r i c a , p r ó x i m a d a s u p e r f í c i e da p a r t í c u l a . V a r i a n d o e s s a a t i v i d a d e com d i f e r e n t e s t r a t a m e n t o s , p o d e - s e v a r i a r a n a t u r e z a d a m e s o f a s e e , p o r t a n t o , t o d a s a s p r o p r i e d a d e s ( A c o s t a e t a l . , í ? 8 ó c ) . A e x i s t ê n c i a d e uma i n t e r f a s e , c o m u m e n t e c h a m a d a m e s o f a s e , n ã o é t e o r i c a m e n t e c o n c e b i d a , m a s , em d i v e r s a s o c a s i õ e s p o d e s e r o b s e r v a d a em f o t o m i c r o g r a f i a s ( A c o s t a e t a l . , 1 9 8 4 ) . A m e s o f a s e c o n s i s t e de á r e a s de a d e s ã o i m p e r f e i t a , g r a d i e n t e s d e t e n s ã o e i m p u r e z a s , d e n t r e o u t r a s s i g u l a r i d a d e s que p o d e m i n i c i a r a f a l h a do m a t e r i a l ( X a v i e r e t a l . , 1 9 9 0 ) . Q u a n t o m e l h o r f o r a a f i n i d a d e m a t r i z / c a r g a , m e n o r s e r á a p o s s i b i l i d a d e de u m i d a d e , g a s e s o u o u t r a s s u b s t â n c i a s q u í m i c a s p e n e t r a r e m no c o m p ó s i t o (t:.'ng 1 i s h , 1 9 8 7 ) . 0 g r a u de a d e s ã o e n t r e a s f a s e s d i m i n u i com a e s p e s s u r a d a m e s o f a s e e p o d e s e r a v a l i a d o q u a n t i t a t i v a m e n t e p o r m e d i d a s de r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o do c o m p ó s i t o . A e s p e s s u r a da m e s o f a s e d e p e n d e da e n e r g i a c o e s i v a do p o l í m e r o , e n e r g i a s u p e r f i c i a l l i v r e d a c a r g a e da
17
f l e x i b i l i d a d e d a c a d e i a p o l í m é r i c a d a m a t r i z ( T h e o c a r i s , Í 9 8 7 ) . A e s t r u t u r a s u p e r m o l e c u l a r d o p o l í m e r o é p r o f u n d a m e n t e a f e t a11a p e 1 o u S o de c a r g a 5 , uma v e z q u e podem a g i r t a n t o como a g e n t e s n u c l e a n t e s o u como i n i b i d o r e s d e c r i s t a l i z a ç ã o . A o b s e r v a ç ã o d e c r e s c i m e n t o e s f e r u l i t i c o c o l u n a r ( t r a n s c r i s t a l i n i d a d e ) em t o r n o d a s c a r g a s , é c o m u m e n t e o b s e r v a d o , ( F o i I c e s , 1 9 8 5 ) . E s t e F e n ô m e n o d e p e n d e d a s c a r a c t e r í s t i c a s d a s u p e r f í c i e d a c a r g a ( p o l a r i d a d e , d e f e i t o s , t o p o g r a f i a , e t c . ) e d a ma t r i z ( p o 1 a r i d a d e , com p a í i b i 1 i d a d e , r a d i ç a i s 1 i v r e s , e t; c . ) e c a u s a uma m a i o r a d e s ã o ( C a r v a l h o S B r e t a s , i 9 8 8 ) . 2.6 - C A R A C T E R I Z A Ç Ã O DE C O M P Ó S I T O S Os e n s a i o s f í s i c o s , t é r m i c o s e m e c â n i c o s r e a l i z a d o s em c o m p ó s i t o s , t e m como f i n a l i d a d e a v a l i a r a s c a r a c t e r í s t i c a s do m a t e r i a l e o b t e r v a l o r e s p a r a p r o p r i e d a d e s como a r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o , r e s i s t ê n c i a à c o m p r e s s ã o , r e s i s t ê n c i a à f l e x ã o , c o n t e ú d o d a f i b r a , d e v a z i o s , d e n s i d a d e e r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o ; a l é m de P r o p r :i. e d a d c s t é r m i c a s c o m o I m , T g e Tc , d e n t r e o u t r a s ( L a c o s t a B e r n a , 1 9 8 9 ) . V á r i a s s ã o a s f o r m a s u t i l i z a d a s p a r a d e t e r m i n a ç ã o d a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s , de a c o r d o com o modo d e a p l i c a ç ã o d o e s f o r ç o cm r e l a ç ã o a o t e m p o ( R o a r k & Y o u n g , Í 9 8 4 ) : - a p l i c a ç ã o d e f o r ç a e s t á t i c a d e t e m p o c u r t o - a t e n s ã o é a p l i c a d a d e m a n e i r a g r a d u a l , p e r m i t i n d o e q u i l í b r i o em t o d a s as p a r t e s d o m a t e r i a l , n o d e c o r r e r d o e n s a i o . A s s i m , s ã o 18
d e t e r m i n a d a s a r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o e à f l e x ã o , o l i m i t e e l á s t i c o , o p o n t o d e e s c o a m e n t o , a r e s i s t ê n c i a n o e s c o a m e n t o e o m ó d u l o d e e l a s t i c i d a d e . A t r a v é s d e s t e s e n s a i o s , i n f o r m a ç õ e s d o s e f e i t o s d e p r o c e s s a m e n t o e de c o m p o s i ç ã o s o b r e a s p r o p r i e d a d e s mec âi i i c a s , s ã o o b t i d a s . - A p l i c a ç ã o d e f o r ç a e s t á t i c a de t e m p o l o n g o - a t e n s ã o . m á x i m a e a p l i c a d a e m a n t i d a , d e t e r m i n a n d o - s e , d e s t a m a n e i r a , a f 1 u ê n c i a d o mat e r i a 1 . ••- A p l i c a ç ã o d e f o r ç a d i n â m i c a - d e t e r m i n a - s e , d e s t a f o r m a , a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o . 2 . 6 i - £ÜSJ;UJ3__CJJ£L T r a ç ã o Na p r e v i s ã o da r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o , d e v i d o à f o r t e d e p e n d ê n c i a d o t e m p o n a s p r o p r i e d a d e s v i s c o e l á s t i c a s , o s d a d o s o b t i d o s n e s t e s e n s a i o s n ã o podem s e r e m p r e g a d o s em p r o j e t o s de p e ç a s p o l i m é r i c a s como n o c a s o d o s m e t a i s . É n e c e s s á r i o c o n h e c e r o c o m p o r t a m e n t o d o m a t e r i a l com r e s p e i t o à f l u ê n c i a . No c a s o de c o m p ó s i t o s , a p r e s e n ç a d e f i b r a s t o r n a a a n á l i s e m a i s c o m p l e x a ( T u r n e r , 1 9 8 8 ) . As c u r v a s d e t e n s ã o em f u n ç ã o d a d e f o r m a ç ã o f ) o d e m a p r e s e n t a r r e g i o e s p u r a m e n t e e l á s t i c a s , d u e t i l i d a d e a 1 1 a o u b a i x a , de a c o r d o com o p o l í m e r o e a t e m p e r a t u r a d o t e s t e . V á r i o s p r o c e s s o s s ã o v e r i f i c a d o s n o d e c o r r e r d a d e f o r m a ç ã o d e um c o m p ó s i t o , a t é a f r a t u r a ; d e f o r m a ç ã o e l á s t i c a e e s c o a m e n t o d a m a t r i z , o r i e n t a ç ã o d a s f a i e s a m o r f a e c r i s t a l i n a , i n i c i a ç ã o e
propagação
d e f a l h a s , que m o d i f i c a m a e s t r u t u r a do p o l í m e r o ( P u k a n s z k y , 1 9 9 0 ) . H u i - t o s p o l í m e r o s a m o r f o s ou s e m i - c r i s t a l i n o s a p r e s e n t a m o f e n ô m e n o s de e s t r i e c ã o o u " e m p e s c o ç a m e n t o " ( " c o l d -d r a w i n g " o u " n e c k i n g " ) o u " f l u ê n c i a à f r i o " . A e s t r i c ç ã o o c o r r e d e v i d o a c r i s t a l i z a ç ã o p o r c a u s a do a l i n h a m e n t o f o r ç a d o d a s c a d e i a s d o p o l í m e r o . As c a r a c t e r í s t i c a s do " p e s c o ç o " a s s e m e l h a m -se a uma m u d a n ç a de f a s e : e x i s t e m d u a s r e g i õ e s com p r o p r i e d a d e s d i f e r e n t e s e bem d e f i n i d a s . 0 m a t e r i a l a l i n h a d o é m a i s r e s i s t e n t e d o q uG
a s p a r t e s n ã o d e f o r m a d a s d a a m o s t r a . Os e n s a i o s de t r a ç ã o s ã o a f e t a d o s p e l a o r i e n t a ç ã o m o l e c u l a r , p e l a v e l o c i d a d e de d e f o r m a ç ã o ( q u a n t o m a i o r , m a i o r o s v a l o r e s de m ó d u l o e r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o ) e p e l a t e m p e r a t u r a ( T u r n e r , Í 9 8 3 ) . Os e n s a i o s de f l e x ã o , s ã o m a i s u t i l i z e m o s p a r a c o n t r o l e de q u a l i d a d e e e s p e c i f i c a ç ã o de m a t e r i a i s . N e s t e t i p o de e n s a i o s ã o f e i t a s a s s e g u i n t e s c o n s i d e r a ç õ e s ( H a r t i n , 1 9 8 5 ; L o v e l e s s , I 9 6 0 ) : - n ã o L á c o n c e n t r a ç ã o de t e n s ã o n o s c o n t a t o s ; - i n e x i s t ê n c i a de f o r ç a s h o r i z o n t a i s n o s s u p o r t e s ; - v a r i a ç ã o l i n e a r d a s t e n s õ e s n o r m a i s na s e ç ã o t r a n s v e r s a l ; - o s e f e i t o s d a s t e n s õ e s de c. i s a l h a m e n t o s ã o d e s p r e z í v e i s , i s t o é , a s s e ç õ e s p l a n a s p e r m a n e c e m p l a n a s a p ó s a p l i c a ç ã o d a s f o r ç a s ;- n ã o h á v a r i a ç a o e n t r e o s p o n t o s d e a p o i o d u r a n t e o e n s a i o . * -E s f o r ç o s c o m b i n a d o s d e t r a ç ã o , . ' c o m p r e s s ã o s c i s a l L a m e n t o , s ã o v e r i f i c a d o s n o s e n s a i o s d e f l e x ã o , c o n f o r m e e s t á m o s t r a d o n a F i g u r a 4 . F i g u r a 4 E s f o r ç o s m e c â n i c o s s o f r i d o s p e l o c o r p o de p r o v a em f l e x ã o ( F r e i r e , 1 9 9 2 ) T E N S Ã O e . 6 . 3 - EjiS.aj,j3S._jCÍj^ E s t e e n s a i o mede a c a p a c i d a d e q u e um m a t e r i a l t e m de a b s o r v e r e n e r g i a . Ê um e n s a i o de f r a t u r a a a l t a v e l o c i d a d e ( S b a h , 1 9 8 4 ) . D e v i d o s u a f o r t e d e p e n d ê n c i a com a s c o n d i ç õ e s de m o l d a g e m e com a o r i e n t a ç ã o m o l e c u l a r , p o i s a s c a d e i a s o r i e n t a d a s p e r p e n d i c u l a r m e n t e a o p l a n o da f r a t u r a a u m e n t a m a r e s i s t ê n c i a do m a t e r i a l a o i m p a c t o , é o e n s a i o m a i s i n d i c a d o p a r a a v a l i a r e s t e s f a t o r e s que a f e t a m a s p r o p r i e d a d e s m e c â n i c a s d o s p r o d u t o s m o l d a d o s p o r i n j e ç ã o ( M u r p h y e t a l , 1 9 8 8 ; M o r a l e s S W h i t e , Í 9 8 8 ) . 2 1
0:i r e s u l t a d o s d e s t e s t e s t e s n ã o podem s e r u t i l i z a d o s d i r e t a m e n t e c o m o d a d o s d e p r o j e t o s , .mas s ã o ú t e i s como t e s t e s c o m p a r a t i v o s e n t r e a s e n e r g i a s de i m p a c t o d e d i f e r e n t e s m a t é r i a s e o e f e i t o d e t r a t a m e n t o t é r m i c o e d o p r o c e s s a m e n t o ( s e m o l d a d o s p o r i n j e ç ã o o u c o m p r e s s ã o ) . E s t a s c o m p a r a ç õ e s s ã o b a s t a n t e d e p e n d e n t e s d a g e o m e t r i a d o m a t e r i a l , d a d i m e n s ã o d o e n t a l h e e v e l o c i d a d e d o i m p a c t o ( C a n t w e l l & M o n t o n , í 9 ? i ) . 0 e n t a l h e a f e t a a d ú c t i l i d a d e d a s a m o s t r a s p o r i n t r o d u z i r c o m p o n e n t e s t r i a x i a i s d e t e n s ã o d e t r a ç ã o , i m p o s s i b i l i t a n d o a p r e s e n ç a de t e n s õ e s de c i s a i h a m e n t o que p r o v o c a m f l u x o e d e f o r m a ç ã o p l á s t i c a , p r e d o m i n a n d o p o r t a n t o , a f r a t u r a f r á g i l ( K o r o w i t z , 1 9 8 2 ) . 0 e x a m e d a s s u p e r f í c i e s f r a t u r a d a s i n d i c a o t i p o d e f r a t u r a ( H u n s t o n , 1 9 8 4 ) : f r a t u r a f r á g i l - a p r e s e n t a p o u c a d e f o r m a ç ã o p l á s t i c a , b a i x o c o n s u m o d e e n e r g i a d e i m p a c t o ; - f r a t u r a d ú c t i l - a p r e s e n t a m v a r i a ç õ e s n a f o r m a ; m a i o r c o n s u m o de e n e r g i a de i m p a c t o . A g e o m e t r i a é um p a r â m e t r o f u n d a m e n t a l n a d e t e r m i n a ç ã o d a r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o d e um c o m p ó s i t o ( C a n t w e l l & M o r t o n , 1 9 8 9 ) . F i b r a s c u r t a s i m p l i c a m em r e d u ç ã o d e s t a p r o p r i e d a d e , p o i s d i m i n u e m o a l o n g a m e n t o n a r u p t u r a , c o n c e n t r a n d o t e n s õ e s n a s s u a s e x t r e m i d a d e s ( M c M i c h a e l & F i s h e r , 1 9 8 9 ) . E x i s t e m v á r i a s t é c n i c a s p a r a t e n a c i f i c a r um m a t e r i a l , p a r a que o mesmo p o s s a t e r m e l h o r r e s i s t ê n c i a a o i m p a c t o ( C a n t me 11 & Mor t o n , í 9 9 í ) . - o u s o d e p l a s t i f i c a n t e s ( B r a d s h a w e t a l . , Í 9 7 2 ) ; e s
- a a d i ç ã o d e p a r t í c u l a s d e b o r r a c h a ( H u n s t o n , 1 9 8 4 ) ; - r e d u ç ã o n a d e n s i d a d e d e l i g a ç ã o c r u z a d a de t e r m o r r í g i d d s como r e s i n a e p ó x i ( p o l i - e t e r - e t e r - c e t o n a ) ( S y k e s & S t o a k l e y , 1 9 8 0 ) .
2.7 - EMlf^Ja^áMJERTQ PE CGJl£ÜS.Ijrj^
A m a i o r i a d a s t é c n i c a s c o m u n s de p r o c e s s a m e n t o de p o l í m e r o s , como i n j e ç ã o , c o m p r e s s ã o , m o l d a g e m p o r t r a n s f e r ê n c i a e p o r e x t r u s ã o , s ã o t a m b é m a p l i c a d o s n a m o l d a g e m d e c o m p ó s i t o s m a n t e n d o - s e o s mesmo p r i n c í p i o s t é c n i c o s , a l t e r a n d o - s e a p e n a s a s c o n d i ç õ e s d e p r o c e s s a m e n t o ( B l a s s , Í 9 8 5 ) . De um modo g e r a l o s m é t o d o s de p r o c e s s a m e n t o de p l á s t i c o s r e f o r ç a d o s podem s e r d i v i d i d o s em d u a s c l a s s e s : de m o l d e a b e r t o e de m o l d e f e c h a d o . Os p r o c e s s o s u s a n d o m o l d e a b e r t o n e c e s s i t a m d e p o u c a o u n e h u m a p r e s s ã o p a r a f a b r i c a ç ã o de p e ç a s g r a n d e s , p r o p o r c i o n a n d o a c a b a m e n t o a p e n a s numa f a c e da p e ç a . Os p r i n c i p a i s p r o c e s s o s de m o l d e a b e r t o , a p l i c a d o s p r i n c i p a l m e n t e em c o m p ó s i t o s t e r m o r r í g i d o s , s ã o : m o l d a g e m m a n u a l ( " h a n d l a y - u p " ) , l a m i n a ç á o a p i s t o l a ( " s p r a y - u p " ) , m o l d a g e m p o r b o l s a a v á c u o p o r a u t o c l a v e , v a z a m e n t o c e n t r í f u g o e m o l d a g e m p o r b o b i n a g e m de f i l a m e n t o s ( B o r s t e l i , 1 9 8 8 ; A n o n , Í 9 8 9 ) . Os m o l d e s f e c h a d o s p o s s u e m d u a s c a v i d a d e s , " m a c h o " e " f ê m e a " , s e n d o o m a t e r i a l s u b m e t i d o à p r e s s ã o d u r a n t e o p e r í o d o de mo 1 d ag em . Est e t i p o de m o l d e p e r m i t e ac:ab amen t o n a s d u a s f a c e s da p e ç a e e x c e l e n t e r e p r o d u t i b i l i d a d e p e ç a à p e ç a . Os p r o c e s s o s de m o l d e f e c h a d o m a i s u t i l i z a d o s s ã o m o l d a g e m p o r t r a n s f e r ê n c i a ,p u l t r u s ã o e m o l d a g e m p o r i n j e ç ã o ( H i j o v i c , .1989; A n o n , 1 9 8 7 ) . Na m o l d a g e m d e c o m p ó s i t o d e t e r m o p l á s t i c o s com f i b r a s c a r t a s , o p o l í m e r o p o d e s e r a d i c i o n a d o na Forma d e p ó o u g r â n u l o s ( " p e l l e t s " ) . 2 . 7 . í - E x t r u s a o . Os c o m p ó s i t o s podem s e r o b t i d o s p o r d o i s p r o c e s s o s ( G e r b i g , í 9 S 8 > : — a ) E x t r u s a o c o a x i a l - N e s t a t é c n i c a , que é a m a i s a n t i g a , a s • F i b r a s c o n t í n u a s s ã o r e v e s t i d a s p e l o t e r m o p l á s t i c o F u n d i d o . 0 c o m p ó s i t o é e n t ã o r e s f r i a d o e p e l e t i z a d o , o b t e n d o - s e p o r t a n t o , a s f i b r a s a l i n h a d a s l o n g i t u d i n a l m e n t e a o l o n g o d o g r â n u l o . P o s s u i como d e s v a n t a g e m a d i f i c u l d a d e de o b t e r - s e b o a d i s p e r s ã o d a s f i b r a s ( G w i n n & C a s t a g n o , 1 9 8 5 ) . b ) P r o c e s s o d e c o m p o s i ç ã o ( e x t r u s a o ) - é a t é c n i c a m a i s u t i l i z a d a . 0 p o l í m e r o e a f i b r a s ã o p r e v i a m e n t e m i s t u r a d o s , à s e c o , e e x t r u s a d o s , à s e g u i r . E s t e p r o c e s s o f a c i l i t a a d e s p e r s á o d a s f i b r a s , c o n f e r i n d o ao p r o d u t o f i n a l , m a i o r h o m o g e n e i d a d e , como t a m b é m , p r o p o r c i o n a a l i b e r a ç ã o d e p r o d u t o s v o l á t e i s ( C a r v a l h o F ° , Í 9 7 9 ) . A e x t r u s a o é um p r o c e s s o p e l o q u a l é p o s s í v e l o b t e r - s e p r o d u t o s a c a b a d o s o u s e m i - a c a b a d o s em r e g i m e c o n t í n u o , o n d e o m a t e r i a l p o l i m é r i c o , p u r o o u a d i t i v a d o , em f o r m a d e " p e l l e t s " r e g u l a r e s , i r r e g u l a r e s o u p ó , é f u n d i d o , h o m o g e n e i z a d o e f o r ç a d o a p a s s a r a t r a v é s d e m a t r i z e s d e f o r m a t o d e f i n i d o . A F i g u r a 5
m o s t r a o d e s e n h o e s q u e m á t i c o de uma e x t r u s o r a ( B l a s s , 1 9 8 5 ) . de r o s c a ú n i c a F i g u r a 5 D e s e n h o e s q u e m á t i c o d e uma e x t r u s o r a de r o s c a ú n i c a ( M a c h i o n & S i m i e l l i , 1 9 8 0 ) A l é m da e x t r u s o r a d e r o s c a ú n i c a , t a m b é m é e m p r e g a d a p a r a c o m p o s i ç ã o de t e r m o p l á s t i c o s r e f o r ç a d o s , a e x t r u s o r a de r o s c a d u p l a . Nas e x t r u s o r a s de r o s c a s i m p l e s , a a l i m e n t a ç ã o d a s F i b r a s , - F e i t a s e p a r a d a m e n t e , a p ó s a p l a s t i f i c a ç ã o do p o l í m e r o , n á o é u s a d a , t e n d o em v i s t a que a s f i b r a s n ã o s e d i s p e r s a r i a m de f o r m a s a t i s f a t ó r i a . Ao c o n t r á r i o , as e x t r u s o r a s d e r o s c a d u p l a p e r m i t e m a a l i m e n t a ç ã o d a s f i b r a s a p ó s p l a s t i f i c a ç ã o do p o l í m e r o ( C a r v a l h o F ° , 1 9 7 9 ) . No Q u a d r o 2 e s t ã o d e s c r i t o s a s c a r a c t e r í s t i c a s p r i n c i p a i s a p r e s e n t a d a s p e l a s e x t r u s o r a s d e r o s c a ú n i c a e de r o s c a d u p l a ( T :i. t o w, 1 9 7 8 ) 25
Q U A D N a e» P r i c i p a i s c a r a c t e r í s t i c a s a p r e s e n t a d a s p e l a s e x t r u s o r a s 'de r o s c a ú n i c a e r o s c a d u p l a ROSCA Ú N I C A M a i o r d e s g a s t e B a i x o i n v e s t i m e n t o V e r s a t i 1 i d a d e p a r a p e q u e n a s p r o d u ç o e s F á c i I 1 i m p e z a e m a n u t e n ç a o N ã o p e r m i t e a u t o l i m p e z a d a r o s c a R e q u e r a a l i m e n t a ç ã o s i m u l t â n e a da m i s t u r a p o l í m e r o - c a r g a C o n f i g u
r
a ç á o d a r o s c a n á o p o d e s e r v a r i a d a ROSCA DUPLA M e n o r d e s g a s t e A l t o i n v e s t i m e n t o M a i s a p r o p r i a d a p a r a g r a n d e s p r o d u ç õ e s M a n u t e n ç â o m a i s c o m p 1 e x a R o s c a s a u t o - l i m p a n t e s P e r mi t e a l i men t a ç ã o d a da c a r g a a p ó s p l a s t i -•F i c a ç ã o d o p o l i me r o Podem s e r u s a d o s r o s c a s r e m o v i v e i s A q u e b r a d a s f i b r a s d u r a n t e o p r o c e s s o d e e x t r u s ã o é d e v i d o a i n t e r a ç õ e s fibra--f
i b r a ,
f i b r a e q u i p a m e n t o e f i b r a -p o l í m e r o , i n f l u e n c i a d a s -p o r d i v e r s o s f a t o r e s , como(Richardson,
í ? 8 3 ) : - a l t o c i s a l h a m e n t o ; - v e l o c i d a d e d a r o s c a ( q u a n t o m a i o r a r o t a ç ã o , m e n o r o comp r i m e n t o d a s f i b r a s > - t e m p e r a t u r a ( q u a n t o m a i o r , m a i o r o c o m p r i m e n t o f i n a l d a f i b r a n o c o m p ó s i t o ) ; - v i s c o s i d a d e ; •••• c o n t e ú d o d e f i b r a ( q u a n t o m a i o r a q u a n t i d a d e d e f i b r a , m a i o r 26s e r á o c o n t a t o e f r i c ç ã o e n t r e a s m e s m a s , r e d u z i n d o o c o m p r i m e n t o f i n a l d a s f i b r a s ) e . - d e s e n h o da m á q u i n a , como p o r e x e m p l o , a p r o f u n d i d a d e d o c a n a l d e h o m o g e n e i z a ç ã o . A m o l d a g e m p o r i n j e ç ã o é um d o s m é t o d o s m a i s u t i l i z a d o s p a r a m a t e r i a l , s t e r m o p l á t i c o s . Ê um p r o c e s s o c o n t í n u o , c í c l i c o , que p r o p o r c i o n a uma r á p i d a e e c o n ô m i c a p r o d u ç ã o d e p e ç a s de P r e c i a ã o e d e e 1 e v a d a q u a 1 i d a d e ( K e l i e h e r , í 9 9 <ò > . As m á q u i n a s u t i l i z a d a s p a r a m o l d a g e m p o r i n j e ç ã o s ã o i n j e t o r a à p i s t ã o e i n j e t o r a t i p o r o s c a r e c i p r o c a n t e ( M a c h i o n ,
1980):
a ) i n j e t o r a à p i s t ã o - c o n s t i t u í d a b a s i c a m e n t e d e um p i s t ã o , que f o r ç a o m a t e r i a l p l á s t i c o a t r a v é s de um c i l i n d r o a q u e c i d o , à f i m d e i n j e t á - l o n o m o l d e . P a r a f u n d i r o m a t e r i a l , um t o r p e d o é a c o p l a d o n o i n t e r i o r d o c i l i n d r o . Tem um c a m p o de a p l i c a ç ã o b a s t a n t e r e s t r i t o , p o i s o f e r e c e a l g u m a s d e s v a n t a g e n s , c o m o . - s i s t e m a d e a q u e c i m e n t o d e f i c i e n t e ; - hi á l-i o m o g e n e i z a ç á o d o m a t e r i a 1 n o c i 1 i n d r o de p l a s t i f i c a ç ã o ( o c i l i n d r o n ã o p o s s u i f o r ç a d e c i s a l h a m e n t o s u f i c i e n t e e a t e m p e r a t u r a n a " c a b e ç a " d o p i s t ã o n ã o è h o m o g é n e a ) : - c i c l o s d e m o l d a g e m i r r e g u l a r e s , p o i s , em g e r a l s ã o o p e r a d a s m a n u a l m e n t e .b> i n j e t o r a d o t i p o r o s c a r e c i p r o c a n t e -- é uma m á q u i n a m a i s m o d e r n a , que u t i l i z a n d o uma " r o s c a - s e m F i m " , t i p o e x t r u s ã o , a c i o n a d a p o r m e i o de um m o t o r e l é t r i c o , p r o m o v e P l a s t i f i c a ç ã o e h o m o g e n e i z a ç ã o da r e s i n a , s o b a a ç á o de c a l o r e p r e s s ã o . A t r a v é s de um s i s t e m a h i d r á u l i c o , a r o s c a m o v e - s e p a r a f r e n t e , i n j e t a n d o a r e s i n a n o m o l d e e , p o s t e r i o r m e n t e , r e c u a p a r a a p o s i ç ã o i n i c i a l , g i r a n d o r e v e r s ã m e n t e . D u r a n t e o r e t o r n o d a r o s c a , o c i l i n d r o é r e a l i m e n t a d o , r e i n i c i a n d o , e n t ã o , o c i c l o de t r a b a l h o . A F i g u r a 6 r e p r e s e n t a o d e s e n h o e s q u e m á t i c o de uma m á q u i n a i n j e t o r a e n a F i g u r a 7 e s t ã o r e p r e s e n t a d a s a s f a s e s d e o p e r a ç ã o . F i g u r a 6 D e s e n h o e s q u e m á t i c o de uma i n j e t o r a d e r o s c a r e c i p r o c a n t e (Ma c h i o n & 3 i m i e 1 1 i , i 9 8 0 ) S i s t ema d c F e c íi a ih e n t o F u n i l .L_. R o s c a R e s i s t ê n c i a s / C i l i n d r o
1 £
/ l l »
T T ? A I rijj e ç a o Moldes A n e l d e B l o q u e i o0 0 ©
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C o n t r o l e : de28
F i g u r a 7 As p r i n c i p a i s v a n t a g e n s a p r e s e n t a d a s p e l a i n j e t o r a t i p o r o s c a r e c i p r o c a n t e 3 a o: - r á p i d a p l a s t i f i c a ç ã o d o p o l í m e r o , - m e l h o r h o m o g e n e i d a d e na t e m p e r a t u r a da m a s s a f u n d i d a ; - m e l h o r a p r o v e i t a m e n t o de m a t e r i a l r e c u p e r a d o ; - m e n o v e s p e r d a s de p r e s s á o; 13 iti p e z a d o c i 1 i n d r o m a i s r á p i d o e e F L c l e n t e . P o r a p r e s e n t a r e m r e s f r i a m e n t o m a i s r á p i d o no m o l d e , o s p l á s t i c o s c a r r e g a d o s p o s s u e m c i c l o s de i n j e ç ã o m e n o r e s do que o s p o l í m e r o s sem c a r g a ( R u b i n , 1 9 8 8 ) . A F i g u r a 8 m o s t r a um c i c l o c o m p l e t o de m o l d a g e m p o r i n j e ç ã o .
F i g u r a 8 C i c l o c o m p l e t o de m o l d a g e m p o r i n j e ç ã o ( M a c h i o n & S i m i e l l i )
