Cargas e Reforços

As cargas têm sido utilizadas com a finalidade de barateamento de custos e, mais particularmente, porque agregam melhorias das características físicas e químicas das peças fabricadas.

As indústrias químicas fabricantes de polímeros têm procurado desenvolver novos tipos de polímeros, que atendam as mais diversas necessidades de tipos e características físicas e químicas dos materiais e peças fabricados pelas indústrias consumidoras

1-CLASSIFICAÇÃO DA CARGA

• Carga de reforço: Aumenta propriedades mecânicas da Matriz;

• Carga de enchimento: Modifica Propriedades da Matriz e reduzem o custo do produto.

• Cargas funcionais: Alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade

Assim Dependendo do tipo de matriz usada e

interação com a carga.

Ex. Negro de fumo (NF)

-Matrizes termoplásticas e resinas termofixas o NF atua como carga de enchimento (redução de custo).

- Matrizes elastoméricas o NF atua como carga de reforço.

1-CLASSIFICAÇÃO DA CARGA

As cargas também podem ser classificadas quanto à sua natureza ou origem em:

-Cargas inorgânicas ou cargas minerais;

-Cargas orgânicas;

-Cargas metálicas.

1.1- Cargas Inorgânicas ou Cargas Minerais

-Carbonato de Cálcio-Alumina tri-hidratada-Silicas; diatomita, sílica gel-Silicatos; caolin, talco, mica.-Sulfato de Bário-Antracita-Fibras de Vidro ou Microesferas de Vidro.

1.1.1- Carga de Enchimento

• Carbonato de cálcio- Baixo custo, não abrasividade, não toxidade e

por ser carga clara (pigmento). - Natural (Calcita): Menor custo - Sintético : CaCO3 precipitado, maior custo,

melhores propriedades mecânicas (menor diâmetro das partículas)

1.1.1- Carga de Enchimento• Microesferas de vidro: - Facilidade no controle da distribuição de tamanho;- Possibilidade de variação de densidade (ocas);- Podem ser usadas tanto em matrizes termoplásticas como em

termofixas.

1.2- Cargas orgânicas

-Negro de fumo-Pó de madeira-Celulose-Sabugo de milho moído-Fibras vegetais em geral

1.2.1- Negro de Fumo

• Negro de Fumo Extra Condutor (NFEC)• Vários negros de fumo extra condutores são usados

comercialmente, (CABOT Corporation (USA), Degussa (Alemanha), Akzo Chemie (USA).

• Vantagens: - Baixo custo em relação às outras cargas condutoras, excelente

condutividade elétrica.• Desvantagens:- Cor e condutividade do NFEC não pode ser controlada.

1.2.2- Cargas metálicas• São geralmente blocos (flacks) de prata, cobre, níquel, alumínio, prata

recoberta com cobre ou prata recoberta por níquel, ou fibras de aço.

• Vantagens:

- Alta condutividade elétrica.

• Desvantagens:

- Alto custo.

• Materiais metalizados como mica recoberta com níquel ou mica com prata são materiais usados para produzir compósitos para blindagem eletromagnética.

2- PROPRIEDADES DAS CARGAS- Aspecto e Forma Física;

Depende da origem e do processo de fabricação.Variando:

- Formas,- Tamanho de grão,- Área superficial do grão.

A apresentação pode ser em forma de manta, fibra curta, fibra longa, fibra picada, etc.

2.1- Tamanho e Distribuição

- O tamanho e a distribuição do tamanho das partículas afetam as propriedades mecânicas e reológicas do composto, pois definem a área de contato entre os componentes da formulação.

• De uma maneira geral a resistência do polímero aumenta com a

diminuição do tamanho de partícula.

• A forma das partículas da carga também é um fator importante para a tenacidade termoplásticos vítreos.

• Acredita-se que partículas com formato esférico sejam mais eficientes para exercer funções de iniciação e terminação das trincas melhorando as propriedades mecânicas do compósito.

- O contrario por exemplo, aglomerados não dispersos fragilizam o material.

2.1- Tamanho e Distribuição

-Há tendência natural das cargas formarem agregados; -Impede envolvimento completo com a matriz; -Pode gerar concentração de tensões, e -Diminuição das propriedades mecânicas

2.2- Natureza Química da Superfície- A natureza química da superfície das partículas definirão

a compatibilidade e adesão da carga à matriz polimérica, pois estão relacionadas com:

- A energia livre superficial- Molhabilidade ,e- A presença de grupos químicos superficiais (como

hidroxilas ou carboxilas por exemplo).

2.3- Pureza Química- A presença de contaminantes químicos também

deve ser evitada pois eles podem agir como pró-degradantes (caso dos óxidos metálicos);

- ou, se forem orgânicos, podem se volatilizar durante o processamento provocando a formação de bolhas.

2.4- Higroscopicidade

- As cargas higroscópicas causam reações de hidrólise durante o processamento, sendo problemático com poliamidas e poliésteres o que dificultam a conformação.

2.5- Abrasividade

- Abrasividade pode causar desgaste prematuro e excessivo dos equipamentos de mistura e de processamento.

- O quartzo como impureza em cargas minerais pode causar este problema.

2.6- Propriedades térmicas, ópticas, elétricas

Essas propriedades é que definiram as características finais ao produto.

2.7- Custo

• O custo será fator preponderante em cargas de enchimento, onde o principal objetivo é justamente abaixar o custo final da peça.

• No caso de cargas funcionais o custo vai

depender do valor agregado ao material.

3- Cargas semicondutoras • O estudo da condutividade elétrica dos polímeros tem empregado óxidos

semicondutores como cargas condutores, pois apresentam a vantagem de um melhor controle da condutividade e da coloração.

• As cargas semicondutoras com maior condutividade elétrica são as mais escuras, e apresentam um alto custo. Ex: óxido de estanho dopado ou não, dióxido de titânio, óxido de índio dopado com estanho.

• Já existem esferas de vidro recobertas com óxido de índio dopado com óxido de estanho.

3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros

• A modificação da condutividade elétrica dos polímeros de isolantes para condutores tem sido explicada pela Teoria da Percolação.

• A percolação, como a difusão são modos de transporte em meio desordenado. Assim, a concentração da carga condutora for pequena a condutividade da mistura é, essencialmente a do meio dielétrico.

• Se aumentarmos a concentração a condutividade eleva-se rapidamente, dentro de um limite, chamado de limiar de percolação.

• O que se procura é conciliar e a concentração, com as propriedades mecânicas, custos, E processamento com a condutividade máxima, dentro desse limite.

3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros

• O limiar da percolação indica uma mudança de estado de dispersão da carga condutora, formando uma rede que facilita a condutividade elétrica na mistura.

• Quando a concentração exceder esse limiar a condutividade aproxima-se da Condutividade intrínseca do condutor.

3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros

• Quanto maior a razão distribuição da carga condutora, menor será a concentração

• volumétrica crítica da mesma para o compósito atingir uma condutividade desejada.

• Carga com mesma composição química e diferente razão distribuição.

3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros

• Sensor é o material ou dispositivo capaz de fornecer resposta mensurável a um estímulo externo. O seu funcionamento pode ocorrer de dois modos:

- Direto (Transdutor) converge uma forma de energia em outra;

- Indireto que sofrem alterações na resistência, capacitância ou indutância, sob ação de um estímulo externo.

Sensores de Grandezas Mecânicas:

- São aqueles que usam os PECs que integram dispositivos capazes de detectar forças, deformações e acelerações.

Nesses materiais o funcionamento baseia-se nas teorias principais Piezeletrecidade e percolação

• Como explicar o aumento da condutividade sob a compressão?

• Ocorre a formação de caminhos condutores em compósitos de matriz isolantes carregadas com partículas condutoras sob a ação de pressão.

5- Cargas em Matrizes Elastoméricas

- Cargas de reforçadoras •Brancas: Sílica precipitada, carbonato de magnésio, silicatos r fibras de vidro. •Pretas: Negro de fumo •Poliméricas: Resina amídica, fenólicas, úréia, estirênicas e olefínicas. - Cargas de enchimento (inerte) •Pretas: Asfalto, grafite, borracha reciclada; •Brancas: Caulim, carbonato de cálcio, china clays (argilas). •Diversas: Celulose e derivados do amianto.

5.1- Variação das propriedades mecânicas em função das cargas

5.1- Variação das propriedades mecânicas em função das cargas

Desgate

Calor latente

Resistencia ao escoregamento

Resistencia rasgamento