UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
POLÍMERO
como material de construção Disciplina: Materiais de Construção Civil I Câmara de Materiais e Processos Construtivos
Aula 10
Quais os polímeros usados na construção civil?
Polietileno (PE)
Poliestireno expandido (EPS):
Policloreto de vinila (PVC):
Policloreto de vinila (PVC):
Policarbonato (PC):
Poliuretano
Poliuretano: produto sólido, com textura de espuma, e aparência entre a cortiça e o poliestireno expandido.
Aplicação: fixação de esquadrias em madeira e contra-marco em alumínio, telhas isotérmicas, isolamento térmico e acústico, fechamento de trincas.
Resina Epoxi
Porque usar os polímeros usados na construção civil?
Plástico / Polímero A palavra plástico deriva do grego plastikos, “próprio para ser moldado ou modelado”.
Plástico → nome popular empregado para os polímeros pela propriedade de plasticidade que este material apresenta, ou ainda, por ser uma das fases do polímero antes da sua conformação. Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
CONCEITO Polímeros: Materiais compostos de origem natural ou sintética com massa molar elevada, formada por um grande número de repetições de unidades estruturais básicas.
Características principais: Boa resistência à corrosão Baixa massa específica Boas características de isolamento térmico e elétrico Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor:
PRODUTOS PETROQUÍMICOS •Os materiais poliméricos
são oriundos de hidrocarbonetos, derivados de petróleo. • No Brasil, a Petrobrás
detém a tecnologia para a exploração do petróleo, com 75% da produção nacional na Bacia de Campos, Rio de Janeiro. Figura 1 - Exemplo de uma plataforma de petróleo (Fonte: http://pt.wkipedia.org. Acesso em: mar. 2007). Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor:
ADITIVOS Materiais introduzidos intencionalmente para tornar um polímero mais adequado para uma dada condição de aplicação.
Plastificantes São geralmente líquidos de baixas pressões de vapor e pesos moleculares reduzidos, com moléculas de pequeno tamanho; Proporciona flexibilidade, ductilidade e tenacidade aos polímeros. Empregados em materiais frágeis à temperatura ambiente →
PVC e os copolímeros de acetato, na fabricação de lâminas finas ou películas, tubos, cortinas, entre outros.
ADITIVOS Pigmentos Finalidade →colorir e dar opacidade a um polímero.
Barreira aos ataques dos raios ultravioleta estabilidade química São pigmentos: Dióxido de titânio (TiO2) Pigmento branco - bastante utilizado → maior poder de cobertura, maior brilho e menor
custo.
ADITIVOS Estabilizadores Evitam a degradação de polímeros quando expostos à radiação ultravioleta e oxidação. •sais, fosfitos e cetonas. Estabilizantes térmicos utilizados para evitar uma série de reações iniciadas pelo HCl formado durante o próprio processo de formação do polímero, como no caso do PVC. São estabilizadores: carbonato básico de chumbo, os estearatos, entre outros.
ADITIVOS Retardadores Retardadores de chama Aumentam a resistência à inflamabilidade dos polímeros através da diminuição da temperatura no local de queima •Reação química, •Compostos que interferem no processo de combustão. Polietileno, nylon e poliestireno →inflamáveis na sua
forma pura, são empregados na fabricação de roupas e brinquedos. São retardadores de chama: Compostos clorados ou bromados, os fosfatos orgânicos e o trióxido de antimônio.
ADITIVOS Cargas Objetivo: melhorar as propriedades dos polímeros com um custo reduzido. As cargas de reforço tem como objetivo aumentar a resistência mecânica da peça fabricada. •Fibras de vidro e o negro de fumo. • Os materiais inertes são incorporados aos polímeros
para diminuir o custo de produção. •Talco e a serragem.
CLASSIFICAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS Termoplásticos; Termofixos; Elastômeros ou elastoméricos.
CLASSIFICAÇÃO DOS POLIMEROS Termoplásticos: são aqueles que amolecem e fluem quando submetidos a uma dada temperatura e pressão, sendo então moldados e posteriormente resfriados. No entanto, não perdem suas propriedades neste processo, podendo ser novamente amolecidos e moldados. São recicláveis. Exemplo: polietileno, poliestireno, cloreto de polivinila (PVC), acetato de polivinila (PVA), acrílicos.
Termofixos ou termorígidos: nestes, o processo de moldagem resulta da reação química irreversível entre as moléculas do material, tornando-o duro e quebradiço, não podendo ser moldado outra vez. Representam cerca de 20% do total consumido no país. Materiais não recicláveis.
Exemplo: resinas epóxi, silicones e náilon.
Polímeros elastoméricos: Elastômeros ou borrachas são materiais que, na temperatura ambiente, podem apresentar deformação muitas vezes superiores ao seu comprimento original, com uma recuperação elática total quando a tensão é retirada.
Exemplo: policroropreno (neoprene) e hypalon (borracha sintética).
PORQUE UTILIZAR O POLÍMERO NA CONSTRUÇÃO CIVIL? Vantagens: Pequeno peso específico; Isolante elétrico; Possibilidade de coloração como parte integrante do material; Baixo custo; Facilidade de adaptação à produção em massa e processos industrializados; Imunidade à corrosão.
Desvantagens: Baixa resistência à tração; Baixa resistência ao impacto; Baixa deformação sob carga; Baixa resistência ao calor; Baixa resistência às intempéries.
PRINCIPAIS PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS POLMEROS Moldagem por injeção; Moldagem por extrusão; Moldagem por compressão; Moldagem por insuflação
Todos esses processos baseiam-se sempre na aplicação de calor e pressão.
Técnicas de conformação dos polímeros Moldagem por injeção É o processo mais empregado para a fabricação de elementos de plásticos. Aproximadamente 60% das máquinas empregadas para a conformação dos plásticos são de injeção. Tal processo consiste, basicamente, em amolecer um material plástico em um compartimento aquecido e injetá-lo com alta pressão para o interior de um molde com temperatura mais baixa. Subsequentemente, o molde é aberto, e o material é ejetado.
Moldagem por injeção
1. O material polimérico é amolecido em um compartimento aquecido; 2. Em seguida o material é injetado sob alta pressão em um molde com temperatura mais baixa;
3. Após, o molde é aberto e o material é ejetado. Com o fechamento do molde há o recomeço do ciclo. Figura 4 – Etapas do processo de injeção: (a) plastificação; (b) injeção propriamente dita; (c) extração (Ipiranga Petroquìmica, 2000) Livro: Materiais de Construção Civil
Técnicas de conformação dos polímeros Moldagem por extrusão Nesse processo uma rosca mecânica ou um parafuso sem fim propele o material através de uma zona aquecida, em que o material fica suficientemente aquecido para ser compactado, fundido e moldado na matriz. O material é comprimido contra uma matriz com o perfil desejado, podendo ser resfriado, calibrado, cortado ou enrolado. Tal técnica é empregada para produzirem-se materiais contínuos. Exemplo: tubos.
Moldagem por extrusão
Figura 5 – Esquema de máquina extrusora de materiais plásticos (Higgins, 1982, p. 123)
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Técnicas de conformação dos polímeros Moldagem por compressão O material é inserido dentro de um molde. Ambas as partes são aquecidas, e o molde é fechado, com aplicação de calor e pressão no seu interior.
Um cuidado deve ter quando se emprega esse tipo de moldagem diz respeito à medição cuidadosa da quantidade e pó a ser inserido na cavidade do molde, além da previsão do excesso que foi colocado na cavidade, a fim de garantir o seu completo preenchimento.
Moldagem por compressão
Figura 6 – Diagrama esquemático de um equipamento para moldagem por compressão (Billmeyer Jr. citado por Callister Jr., 2002, p. 346)
Livro: Materiais de Construção Civil
Técnicas de conformação dos polímeros Moldagem por insuflação O material é aquecido e vertido em um molde e deixado em repouso para solidificar. Em polímeros termoplásticos a solidificação ocorre devido ao resfriamento do material dentro do molde Nos termofixos, o endurecimento é ocasionado pelas reações de polimerização do material em temperaturas elevadas.
Moldagem por insuflação 1. Um pedaço de tubo feito com o polímero é extrudado; e 2. Inserido no molde com a forma desejada no estado semifundido; 3.É injetado ar ou vapor sob pressão no interior do tubo forçando as suas paredes a se conformarem de acordo com o contorno do molde; 4. O produto final é ejetado. Livro: Materiais de Construção Civil
PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS
Propriedades dos polímeros 1. Massa específica: •Os materiais poliméricos apresentam massa
específica mais baixa que os metais e as cerâmicas Varia entre 0,90 e 1,50 g/cm³. Esses valores são consideravelmente mais baixos que os observados para os materiais metálicos (7,85 g/cm³) e cerâmicos ( 3,30 g/cm³).
Propriedades dos polímeros 2. Estabilidade dimensional : Propriedade importante para aplicações como peças de encaixe. A variação da umidade é um dos principais fatores que alteram tal propriedade, pois a água absorvida aumenta o volume e a massa específica da peça; Os polímeros apresentam estabilidade dimensional.
Propriedades dos polímeros 3. Comportamento mecânico: • As propriedades elásticas dos polímeros
apresentam variação com o decorrer do tempo mesmo em condições normais. • A resposta molecular de um polímero para
atingir o equilíbrio com as forças externas é lenta. •material continua a deformar ou flui quase que indefinidamente com a aplicação da tensão.
Ensaio de tração
(a)
(b)
Figura 9 – (a) Corpo-de-prova de material polimérico (b) ensaio de tração: alongamento do corpo- de-prova próximo à ruptura Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor:
Ensaio de tração Comportamento mecânico
Figura 10 – Alongamento de um corpo-de-prova após a ruptura
4. Resistência ao impacto: é a energia de impacto que um material plástico pode suportar. Trata-se da resistência a situações em que os plásticos estão sujeitos, como choques mecânicos em quedas e batidas. Os plásticos apresentam baixa resistência ao impacto. 5. Inflamabilidade: é a capacidade que o plástico apresenta quando é aquecido. Os plásticos são materiais inflamáveis. Quando aquecidos, ocorre modificações físico-químicas pelas quais os materiais se decompõem em produtos voláteis.
6. Propriedades térmicas e elétricas: Apresentam baixa condutividade térmica: •0,12 W/m.K (polipropileno) •0,48 W/m.K (polietileno alta densidade) •Cobre eletrolítico = 390 W/m.K.
OS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Polietileno (PE): apresenta ampla faixa de propriedades, cada uma das quais vai depender da aplicação específica. São de fácil processamento, baixo coeficiente de atrito e pequena absorção de umidade. Amolecem a baixa temperatura (80°C a 120°C). Baixa densidade (flutuam na água). Aplicação: revestimento de fios e cabos, tubos rígidos, caixa d’água e mangueiras.
Polietileno (PE):
Poliestireno (PS): material de largo emprego. Dá superfícies brilhantes e polidas. Resiste pouco ao calor e é quebradiço devido à sua pouca flexibilidade. Amolece a baixa temperatura (80°C a 100°C). Afunda na água. Queima relativamente fácil, liberando uma fumaça preta.
Aplicação: aparelhos de iluminação.
Existe um tipo mais aperfeiçoado, que é o poliestireno de alto impacto. Com ele são produzidas conexões de material sanitário e assentos sanitários maciços, inquebráveis e inalteráveis à ação de ácidos ou corrosivos.
Poliestireno (PS)
Poliestireno expandido (EPS): mais conhecido pelo nome comercial isopor . Tal material é uma espuma rígida oriunda da expansão da resina de poliestireno no seu processo por meio do emprego de um agente químico. Por ser constituído basicamente por ar (entre 95% e 98%), a massa específica é baixa (de 20 kg/m³ a 25 kg/m³).
Aplicação: isolamento térmico de coberturas, decoração, preenchimento de juntas de dilatação, nas lajes nervuradas e na fabricação de concreto leve.
Polipropileno (PP): possui moderada resistência mecânica, a qual pode ser melhorada com o emprego de fibras de vidro na sua composição. Apresenta uma densidade em torno de 0,9 g/cm³ (flutuam na água). Amolece a baixa temperatura (150°C).
Aplicação: tubos e conexões rosqueáveis e soldáveis para condução de água e fibras empregadas em concreto.
Polipropileno (PP):
Policloreto de vinila (PVC): é o polímero que apresenta maior volume em termos de comercialização no mercado. Pode ser usado na produção de materiais com baixa ou alta densidade, flexíveis ou rígidos. Amolece a baixa temperatura (80°C). Queima com dificuldade.
Aplicação: calhas, forros, divisórias, revestimento, tubulações e conexões (água, esgoto e eletricidade), perfis de janelas/portas, telhas e recobrimento de fios e cabos.
Policloreto de vinila (PVC)
Policarbonato (PC): é considerado um dos polímeros de engenharia mais importantes. Possui boa estabilidade dimensional, resistência ao escoamento e às intempéries, apresenta uma boa transparência. Apresenta uma pequena resistência à abrasão, podendo ser facilmente riscado.
Aplicação: substitui o vidro em coberturas e fechamentos que exigem iluminação natural, principalmente devido às suas características de alta resistência ao impacto (250 vezes superior ao vidro e 50 vezes superior ao acrílico).
Policarbonato (PC)
Polimetil metacrilato (PMMA): conhecido como acrílico. São plásticos nobres, de qualidade ótica e aparência semelhante ao mais fino vidro. Há também os acrílicos de textura leitosa.
Aplicação: aparelhos de iluminação, telhas, “paredes” divisórias e em substituição ao vidro,
principalmente em portas para box.
Polidimetil-siloxano: comercialmente conhecido como silicone. São materiais que apresentam repelência à água, elevadas resistências químicas e térmicas e resistência ao intemperismo.
Aplicação: proteção contra umidade em paredes de alvenaria e concreto, juntas de dilatação em concreto, juntas de dilatação em fachadas, na vedação de esquadrias de alumínio e louças sanitárias.
Poliamidas: comercialmente conhecido como nylon. Apresentam boa resistência química e fácil moldagem. É um dos plásticos mais nobres e de melhores qualidades.
Aplicação: usado como reforço nas telhas plásticas de fibra de vidro e em buchas para fixação, dobradiças e outras ferragens.
Poliamida (Nylon)
Fiberglass: geralmente constituído por uma combinação de fibras de vidro com resina. É material considerado tão nobre quanto o aço inoxidável. Apresentam leveza, resistência e a facilidade de moldagem.
Aplicação: banheiras, lavatórios, pias, banheiros prontos e fôrmas para estruturas em concreto.
Poliuretano: produto sólido, com textura de espuma, e aparência entre a cortiça e o poliestireno expandido.
Aplicação: fixação de esquadrias em madeira e contra-marco em alumínio, telhas isotérmicas, isolamento térmico e acústico, fechamento de trincas.
Resina Epóxi (ER):
Aplicação: Injeção de fissuras e trincas; união de aço e concreto em reforços; união de concretos com diferentes idades em reforços.
Policloropreno (CR) : Também conhecido como Neopene, é considerado um material de elevado desempenho em relação à resistência ao envelhecimento, às intempéries, ao ataque do ozônio e a determinados agentes químicos, sendo dificilmente imflamável.
Aplicação: aparelhos de apoio em pontes, viadutos e algumas estruturas pré-fabricadas, a fim de proporcionar deslocamentos entre elementos de concreto que podem apresentar movimentações diferenciais.
POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS Do ponto vista estritamente técnico, ainda não apresentam toda a versatilidade dos convencionais; Do ponto de vista econômico, eles ainda são mais caros que os derivados de petróleo (de duas a três vezes);
