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 einteração 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.
1.3- Cargas metálicas• São geralmente blocos (flacks) de prata, cobre, niquel, 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, dentrode 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 daCondutividade intrínseca do condutor.
3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros
3.1- Princípios básicos da condutividade elétrica em polímeros
Quanto maior a razão distribuição da carga condutora, menor será a concentraçãovolumétrica crítica da mesma para o compósito atingir uma condutividadeDesejada.Carga com mesma composição química e diferente razão distribuição.
3.2- Aplicações
4-SensoresSensor é o material ou dispositivo capaz de fornecer resposta mensurávela 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 detectarforças, 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 isolantesCarregadas 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 fumoPoliméricas: 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
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