O que é o Ensaio de Flexão?

O ensaio de flexão é um dos principais ensaios mecânicos utilizados para garantir a o controle de qualidade e avaliação de desempenho dos materiais sob este tipo de solicitação.

Por que realizar o ensaio de flexão?

A flexão é um tipo de solicitação bastante comum em aplicações estruturais. Portanto, obter informações sobre as propriedades obtidas através deste ensaio são importantes para o controle de qualidade e para avaliar o desempenho dos materiais plásticos quando submetidos a uma carga de flexão.

Como o ensaio de Flexão é realizado?

Neste ensaio, um corpo de prova em formato de barra, tem suas extremidades apoiadas por dois suportes. Após isso, a amostra já posicionada é submetida à uma aplicação de carga crescente na região central em relação aos apoios, conforme a figura abaixo:

Figura: Ensaio de flexão em andamento.

Figura: Ensaio de flexão em andamento.

O ensaio é realizado na máquina universal de ensaios e, durante uma flexão, o corpo de prova é submetido à diversos tipos de tensão. Isso ocorre porque a parte superior da barra é submetido à compressão enquanto a parte inferior é submetido à tração.

A carga é aplicada em uma mesa de carga, que distribui a força em um ou dois pontos na barra ensaiada. Durante o ensaio, a carga aplicada é medida instantaneamente pela célula de carga do equipamento, enquanto a deflexão da barra (também conhecida como flecha) também é medida durante todo ensaio.

Como resultado, um gráfico de tensão em função da deformação é gerado por um software que realiza a leitura dos dados gerados pelo equipamento do ensaio. Através deste gráfico é possível analisar o comportamento do material, bem como obter as propriedades obtidas no ensaio.

Quais informações são obtidas pelo ensaio de flexão?

A partir do ensaio de flexão é possível determinar as propriedades de Resistência à Flexão, Módulo de Elasticidade, Deformação sob Flexão, etc. As metodologias e parâmetros utilizados neste ensaio podem ser fornecidos por diversas normas, dentre elas a ASTM C158, ASTM D790 e a ISO 178.

A Afinko Soluções em Polímeros realiza o Ensaio de Flexão. Caso tenha interesse em realizá-lo entre em contato através do e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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Como determinar a temperatura de trabalho de polímeros?

A temperatura é um dos fatores que mais influenciam o uso dos materiais poliméricos. Conhecer a faixa adequada deste parâmetro para a aplicação de cada tipo de material é de extrema importância para um bom desempenho e prevenção de falhas.

Por que determinar a temperatura de trabalho dos polímeros?

A temperatura é um fator limitante no uso de polímeros em relação às demais classes de materiais. A maior parte dos polímeros não suportam temperaturas de trabalho muito elevadas, portanto é necessário determinar as faixas de temperatura onde estes materiais estão aptos à desempenhar boas propriedades, principalmente mecânicas.

termômetro em um becker

Figura: Imagem ilustrativa de um termômetro.

Polímeros amorfos perdem estabilidade estrutural quando atingem sua temperatura próximas à sua temperatura de transição vítrea (Tg). Já polímeros semicristalinos apresentam perda de estabilidade estrutural ao atingirem temperaturas próximas à sua temperatura de Fusão (Tm). Portanto, ter conhecimento sobre a faixa de temperatura onde estas transições térmicas ocorrem, é de extrema importância para determinar a faixa de temperatura de trabalho de cada tipo material.

Nós já escrevemos um texto sobre os polímeros amorfos e semicristalinos. Acesse já clicando no link: https://afinkopolimeros.com.br/polimero-cristalino-o-que-e-saiba-ja/)

Quais os problemas causados por uma temperatura inadequada de trabalho?

Quando um polímero é utilizado acima de sua temperatura de trabalho, ele fica susceptível a falhas mecânicas devido ao efeito da temperatura em sua estrutura molecular. O aumento da temperatura fornece energia ao material, fazendo com que as cadeias moleculares ganhem mobilidade, fazendo com que o módulo de elasticidade, por exemplo, reduza e, consequentemente, perda de propriedades mecânicas.

Além disso, temperaturas mais altas do que o recomendado pode acelerar o processo de degradação, causando problemas como a redução da massa molar dos polímeros e a alteração nos aspectos visuais, como mudança de cor, amarelamento, surgimento de manchas e alteração de brilho.

Da mesma forma, o uso do material em temperaturas abaixo do recomendado pode causar fratura frágil no produto, visto que, com a diminuição da temperatura, o material tende a se tornar mais rígido e perder em propriedades como a resistência ao impacto.

Quais ensaios são utilizados para determinar a temperatura de trabalho dos polímeros?

Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC)

A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) é o principal ensaio utilizado para a determinar as regiões onde as transições térmicas do material ocorrem. O equipamento utilizado nesta análise é capaz de medir as variações energéticas, enquanto submete a amostra à uma varredura de temperatura em função do tempo.

Este ensaio torna possível identificar a faixa de temperatura onde ocorre a temperatura de transição vítrea (Tg) e a Fusão dos polímeros semicristalinos (Tm), ambas transições térmicas importantes para os materiais poliméricos. A partir destas informações é possível estipular uma faixa de temperatura adequada de trabalho para cada material, garantindo uma aplicação efetiva.

(Nós já escrevemos um texto sobre este ensaio no nosso Blog. Acesse já clicando no link: https://afinkopolimeros.com.br/dsc-o-que-e-e-para-que-serve/

Gráfico teórico de uma análise de DSC

Figura: Gráfico teórico de uma análise de DSC

Temperatura de Deflexão Térmica (HDT)

O ensaio HDT consiste em submeter a amostra polimérica à uma carga de flexão constante durante o aumento de temperatura a uma taxa de aquecimento pré-definida, padronizada por norma.

A Temperatura de Deflexão Térmica é determinante na estabilidade mecânica dos polímeros, uma vez que a temperatura de trabalho deve sempre ser inferior à ela.

Alguns aditivos têm influência preponderante na Temperatura de Deflexão dos materiais poliméricos. Vale ressaltar que aditivos como plastificantes, dependendo da quantidade utilizada, podem causar quedas consideráveis na HDT, reduzindo a temperatura de trabalho destes materiais.

A Afinko realiza os ensaios listados com o objetivo determinar a temperatura de trabalho de polímeros. Caso tenha interesse, entre já em contato pelo e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

 

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Como determinar a velocidade de queima de um polímero?

A velocidade de queima de um polímero é determinada através do ensaio de flamabilidade.

Por que determinar a velocidade de queima de um polímero?

Prever o comportamento de um polímero exposto ao fogo ou ao calor é extremamente importante e crucial para algumas aplicações, principalmente quando se trata de segurança.

Além disso, alguns materiais necessitam precisam atender determinados requisitos para serem utilizados em algumas aplicações. Para isso, são utilizadas as diversas normas, de órgãos nacionais e internacionais, responsáveis por assegurar as características desejáveis e seguras para os produtos. Dentre as diversas normas utilizadas para determinar a velocidade de propagação de chama através do ensaio de flamabilidade, as mais utilizadas são a ISO 3795 e a ASTM D635.

Nós já escrevemos um texto sobre o ensaio de flamabilidade. Clique no link para ler: https://afinkopolimeros.com.br/o-que-e-o-ensaio-de-flamabilidade-polimeros/

O que é a velocidade de queima de um polímero?

A velocidade de queima de um polímero é um valor, normalmente em cm/s, que representa o tempo em que uma chama percorre um determinado comprimento (definido pela norma) de um corpo de prova polimérico. Desta forma, a velocidade de queima é obtida através da razão entre o comprimento percorrido pela chama e o tempo necessário para que a chama o percorra. Entretanto, pode variar de norma para norma.

Polímero sendo queimado

Figura: Imagem Ilustrativa de um polímero em chamas.

Como é realizado o ensaio para determinar a velocidade de queima de um polímero?

Uma das principais normas para determinar a velocidade de queima de um polímero é a ASTM D635. De acordo com a metodologia desta norma, o primeiro passo para a realização do ensaio para medir a velocidade de queima de um polímero é fixar o corpo de prova na horizontal, através uma de suas extremidades, mantendo a outra extremidade livre. Além disso, o corpo de prova deve ser marcado à uma distância de 25mm e 100mm de sua extremidade livre.

Após a fixação, um bico de Bunsen é utilizado para submeter a extremidade livre do material à presença de uma chama por 30 segundos. Caso a chama seja extinta ou não propague além dos 25mm, a velocidade de propagação é considerada nula.

Caso a chama continue percorrendo o corpo de prova, deve-se iniciar a cronometragem quando a marca de 25mm for ultrapassada, em direção à marca de 100mm. Neste caso, a chama é acompanhada, e caso atinja a marca de 100mm, deve-se considerar um comprimento de 75mm e medir o tempo de percurso. Em outra situação, caso a chama não atinja a marca de 100mm, deve-se medir além do tempo, o comprimento percorrido pela chama desde a marca dos 25mm até sua extinção.

Com a obtenção das medidas do tempo e do comprimento de percurso, é possível que se obtenha a velocidade de queima, através do cálculo:

fórmula velocidade progapagação da chama

Figura: Fórmula utilizada para o cálculo da velocidade de queima de um polímero.

Onde V é a velocidade de queima, L é o comprimento percorrido pela chama (em milímetros) e t é o tempo de percurso da chama (em segundos).

 

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O que é a análise de Cromatografia Gasosa Acoplada à Espectrometria de Massas (GC-MS)?

A análise de Cromatografia Gasosa Acoplada à Espectrometria de Massas é uma técnica de separação analítica bastante utilizada na área de polímeros, principalmente pela sua confiabilidade e eficácia em identificar algumas substâncias presentes na composição do material analisado.

Como o ensaio de Cromatografia Gasosa é realizado?

A metodologia aplicada neste ensaio consiste em separar e identificar os constituintes da amostra analisada. A etapa de separação ocorre através da passagem de uma mistura composta pelo material em análise e um fluido (conhecida como fase móvel) através de uma estrutura (conhecida como fase estacionária).  Ao passar pela fase estacionária, os constituintes das misturas (fase móvel) são separados, uma vez que se deslocam com velocidades diferentes através da coluna.

Figura: Imagem do equipamento de Cromatografia Gasosa (Fonte: Icenp - UFU)

Figura: Imagem do equipamento GC-MS (Fonte: Icenp – UFU)

A cromatografia gasosa possui uma grande variabilidade de combinações entre a fase móvel e estacionária, permitindo que uma série de métodos diferentes possam ser aplicados, da forma mais adequada para cada tipo de material.

Após a separação dos constituintes químicos, a fase móvel passa por um detector que, nesse caso, é o Espectrômetro de Massas (MS). Este dispositivo baseia-se no movimento de partículas carregadas (íons) através de um campo elétrico ou magnético, onde os íons em movimento são separados em função de sua razão massa/carga (m/z).

Nós temos um e-book completo sobre análise de falhas de peças poliméricas, faça já o download gratuito: https://afinkopolimeros.com.br/e-books/e-book-analise-de-falhas-em-materiais-polimericos/

O resultado da amostra consiste em um gráfico, conhecido como espectro de massas. O espectro gerado funciona como uma “impressão digital”, contendo características de cada substância ou classe química dos constituintes detectados. Através de diversos bancos de dados é possível a identificação das substâncias detectadas durante a análise.

Imagem de um espectro gerado através de uma análise de Cromatografia Gasosa

Figura: Imagem de um espectro gerado através de uma análise de GC-MS

 

Quais as informações obtidas pelo ensaio de Cromatografia Gasosa?

Diversos tipos de problemas com materiais poliméricos podem ser identificados através desta análise. Um exemplo deles é a investigação de manchas em peças, podendo identificar quais substâncias foram responsáveis por causá-las.

As manchas em peças poliméricas podem aparecer em materiais que tiveram contato com algum produto químico ou que, durante sua formulação, recebeu a incorporação de algum aditivo em excesso ou que possua a característica de migrar para a superfície. Portanto a análise permite a identificação da natureza química destas manchas.

Este tipo de análise pode ser realizado através da comparação dos resultados do ensaio de Cromatografia Gasosa Acoplada à Espectrometria de Massas (GC-MS) entre uma peça sem manchas (referência) e peças com manchas. Dessa forma, poderão ser identificadas substâncias que existem na peça manchada, indicando assim o possível contaminante ou substância responsável pela mancha.

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Como determinar a presença de plastificantes em polímeros?

O teor de plastificantes presentes na composição de um polímero é uma informação bastante importante para que se tenha um controle das propriedades do material.

O que são plastificantes?

Segundo a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), o plastificante é uma substância ou um material incorporado em um plástico ou elastômero para aumentar a sua flexibilidade, a processabilidade ou a extensibilidade (capacidade de alongar).

Estes aditivos são capazes de reduzir a viscosidade do fundido, assim como a sua temperatura de transição vítrea (Tg) e o módulo elástico, sem que se altere as características químicas fundamentais do material plastificado. Os plastificantes se alocam entre as cadeias poliméricas do material, diminuindo a interação entre elas, através do aumento do volume livre entre as cadeias ou através do enfraquecimento das ligações secundárias, resultando em uma matriz mais flexível e extensível.

Por que determinar a presença de plastificantes?

A quantidade de plastificante é um fator bastante importante para o sucesso da aplicação de compostos poliméricos em diversos produtos. Como um dos efeitos deste tipo de aditivo é garantir flexibilidade ao material utilizado, teores muito altos ou muito baixos, podem gerar propriedades inadequadas, resultando até mesmo em falhas indesejadas nas peças moldadas.

Além disso, em alguns casos, verificar o teor destes compostos em alguns produtos é uma obrigação legislativa, como por exemplo a classe de plastificantes conhecidos como ftalatos, que são comumente aplicados em produtos de PVC (poli cloreto de vinila) e que devem obedecer um teor máximo quando aplicados em produtos destinados à crianças, por exemplo.

Figura: Imagem ilustrativa de Falha de Material com Plastificante.

Figura: Imagem ilustrativa de Falha de Material com Plastificante.

Quais ensaios são utilizados para determinar a presença de plastificantes?

Os três principais ensaios utilizados para determinar a presença de plastificantes em materiais poliméricos são:

Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (GC-MS)

Neste tipo de cromatografia, a amostra, em estado gasoso passa por uma coluna responsável pela separação dos diferentes constituintes presentes. Depois da separação, as substâncias presentes são identificadas por Espectrometria de Massas.

Esta análise permite detectar a presença não só de plastificantes, mas também de antioxidantes, monômeros residuais, entre outros, contribuindo em análises de falhas ou estudos que visem a investigação dos constituintes presentes na composição de materiais poliméricos.

Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)

O ensaio de FTIR é utilizado na caraterização e identificação de grupamentos químicos de materiais orgânicos e inorgânicos e permite avaliar diversas características. Esta técnica utiliza a interação da radiação infravermelha com a matéria para fornecer informações, através da identificação dos grupamentos químicos presentes no material da amostra analisada.

(Nós já escrevemos um texto sobre este ensaio. Click no link para saiber mais: https://afinkopolimeros.com.br/o-que-e-analise-de-ftir/)

Termogravimetria (TGA)

A Termogravimetria é uma análise térmica utilizada na investigação do comportamento dos polímeros durante sua decomposição térmica dos polímeros. Este ensaio quantifica teor de material orgânico, plastificantes, perda de solventes, podendo também, em alguns casos, constatar a ocorrência de uma mistura de materiais.

(Quer saber mais sobre este ensaio? Nós temos um conteúdo completo sobre o tema. Acesse já: https://afinkopolimeros.com.br/o-que-e-o-ensaio-de-termogravimetria-tga/)

O resultado da análise apresenta-se na forma de uma curva de massa em função do tempo e temperatura. A partir das variações percentuais de massas é possível realizar a análise quantitativa de alguns compostos presentes no material.

A Afinko realiza todos os ensaios listados com o objetivo determinar a quantidade de plastificantes presentes em diversos tipos de materiais poliméricos. Caso tenha interesse, entre já em contato pelo e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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O que é o ensaio de Reometria Capilar?

A Reometria Capilar é um ensaio extremamente importante para materiais poliméricos. Compreender as propriedades reológicas dos polímeros possibilita um processamento mais adequado, uma vez que a maior parte destes produtos são conformados a partir do estado fundido.

Os diferentes métodos de processamento de termoplásticos utilizados para moldagem de peças poliméricas conformam os materiais em seu estado fundido, fazendo uso de uma matriz ou um molde. Portanto, compreender o comportamento de fluxo destes materiais, é de extrema importância para a produtividade e qualidade na produção de produtos poliméricos.

Reologia é a ciência que estuda o fluxo da matéria. Para isso se utiliza técnicas de reometria para determinar as propriedades dos materiais durante o fluxo. Dentre as técnicas utilizadas, uma das mais relevantes é a Reometria Capilar, que consiste em forçar o material no estado fundido, com velocidade e temperatura controladas, através de uma matriz capilar. Dessa maneira, é possível avaliar as correlações da viscosidade do material em seu estado fundido com variáveis com temperatura e taxa de cisalhamento, que, de forma simplificada, representa o atrito durante o processo.

Através deste ensaio é possível realizar uma simulação do comportamento do material polimérico durante o processamento, uma vez que o equipamento permite aplicar diferentes taxas de cisalhamento, o que é pertinente em processos industriais que trabalham com taxas muito baixas (moldagem por compressão) até taxas muito elevadas (moldagem por injeção), permitindo correlacionar os resultados do ensaio com os parâmetros utilizados nos processos industriais.

Quais as propriedades obtidas através do ensaio de Reometria Capilar?

Através do ensaio de Reometria Capilar é possível, a partir do controle da velocidade de descida do pistão, aplicar diferentes taxas e tensões de cisalhamento ao polímero fundido. Assim, é possível a determinação da viscosidade do material através da razão entre a tensão e taxa de cisalhamento obtidas. Possibilita também a avaliação da presença de fenômenos macroscópicos muitas vezes indesejados, como: inchamento do extrudado, fratura do fundido, e pele de cação.

Reometria Capilar

Figura: Reômetro Capilar

Por que realizar o ensaio de Reometria Capilar?

A Reometria Capilar pode ser empregada para prever o comportamento do materiais durante o fluxo e assim determinar os parâmetros ótimos a serem utilizados no processo de moldagem. Também é muito utilizada para seleção e comparação de materiais, estudos de degradação e defeitos de fluxo, e na área de pesquisa e desenvolvimento de novas formulações poliméricas.

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Degradação de polímeros: Quais as consequências e como evitá-la?

Os diferentes tipos de degradação de polímeros são reações indesejáveis que ocasionam decréscimo em propriedades importantes que afetam a qualidade de peças poliméricos.

O que é e como ocorre o processo a degradação de polímeros?

Apesar de indesejados, os processos de degradação são bastante comuns nos materiais poliméricos.  Esse processo pode ser originado através de diversos tipos de reações químicas, como por exemplo: oxidação, despolimerização, reticulação, cisão de ligações químicas, entre outros.

O processo de iniciação de uma degradação é caracterizado pelo rompimento de uma ligação covalente, gerando elementos reativos que são responsáveis por dar continuidade ao processo. Uma das formas mais comuns de se iniciar o fenômeno de degradação é através de uma fonte de energia externa, dentre as mais comuns estão: calor e luz (radiação).

Quais os problemas gerados pela degradação de polímeros?

A degradação gera muitos efeitos indesejados em peças moldadas com polímeros. Um dos principais é a alteração nos aspectos visuais, como mudança de cor, amarelamento, surgimento de manchas e alteração de brilho.

Figura ilustrativa sobre degradação

Figura: Imagem Ilustrativa de Plástico Degradado (Fonte: Catraca Livre)

 

Além dos problemas ligados à aparência citados, a alteração de propriedades mecânicas e reológicas também é uma consequência bastante comum dos processos de degradação de polímeros. A cisão das cadeias reduz a massa molar dos polímeros, reduzindo as propriedades mecânicas e a viscosidade. Por outro lado, processos degradativos que envolvem reticulação tendem a ocasionar incrementos drásticos na viscosidade.

Outro problema que pode ser causado através da degradação é o surgimento de fissuras, que podem concentrar tensões e aumentar a probabilidade de falhas mecânicas em materiais utilizados em aplicações onde há solicitação mecânica considerável.

Como evitar e identificar a degradação de polímeros?

A principal forma de se evitar os efeitos indesejados de processos de degradação de polímeros é através da escolha adequada do material, e de seus aditivos, para cada aplicação, principalmente quando há a presença de fatores como calor, contato com outras substãncias e radiação (luz).

Para auxiliar no processo de escolha, existem diversos ensaios utilizados a fim de analisar o comportamento e as propriedades de materiais poliméricos submetidos às condições de uso, principalmente quando estas contribuírem com a degradação.

O ensaio de Envelhecimento Acelerado (Weatherometer), por exemplo, submete as amostras à radiação UV, temperatura e umidade por um determinado tempo, permitindo a comparação de inúmeras propriedades (cor, brilho, resistência à tração, etc) antes e após o envelhecimento. Dessa forma, é possível avaliar a capacidade das condições ambientais de causar degradação em peças poliméricas e consequentes decréscimos em suas propriedades.

Outro ensaio utilizado para analisar quantitativamente a degradação sofrida por um material é a Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), que é capaz de identificar grupamentos químicos presentes na estrutura do material. Como alguns processos de degradação são responsáveis pelo rompimento ligações covalentes, promovendo a formação de outros grupamentos químicos, é possível analisar a presença e o teor desses novos grupamentos resultantes do processo degradativo, comparando a intensidade de degradação presentes nas diferenteas amostras poliméricas analisadas.

A Afinko realiza os ensaios listados acima com o objetivo de analisar o comportamento dos materiais submetidos à fatores que podem causar sua degradação. Caso tenha interesse , entre já em contato pelo e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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Metais pesados em embalagens plásticas: como e por que determinar?

Os aditivos utilizados em embalagens plásticas podem, indesejavelmente, levar metais pesados para a composição destes produtos. Diversos problemas de saúde podem ser evitados com o controle do teor destes contaminantes nestes produtos.

Quando ingeridos, alguns metais podem causar diversos problemas à saúde e até mesmo levar à morte em casos extremos. Portanto, manter um controle do teor destes elementos em embalagens plásticas podem evitar diversos tipos de problemas, principalmente em relação àquelas utilizadas em contato com alimentos, uma vez que existe o risco de migração destes elementos para o produto.

Uma intoxicação deste tipo é capaz de causar diversos sintomas, desde alguns considerados leves, como: náusea, vômito, diarreia, fraqueza muscular, cólicas abdominais etc. Até quadros mais graves, em que a vítima pode apresentar lesão renal, lesões musculares e neuropatia.

Em parte dos casos, os metais chegam até às embalagens através dos aditivos utilizados para conferir cores a estes produtos (pigmentos e corantes), uma vez que diversos metais são responsáveis por garantir esta função a este tipo de aditivos.

 

Figura: Imagem ilustrativa embalagens de alimentos (Fonte: Falamart)

Figura: Imagem ilustrativa embalagens de alimentos (Fonte: Falamart).

O que determina a legislação?

Para este fim, a RDC nº52 de 26 de novembro de 2010 determina teores de metais e metaloides em embalagens e equipamentos plásticos que contém corantes e que são destinados a entrar em contato com alimentos. Exceto para produtos que contenham uma barreira que impeça o contato da região colorida com a face interna do material.

Para os efeitos desta regulamentação, corantes são considerados todas as substâncias orgânicas e inorgânicas utilizados como aditivos para conferir cores aos materiais plásticos, e não deverão conter metais e nem metaloides, em sua composição, em quantidades superiores às seguintes proporções:

Bário (Ba) ………………….. 0,01% m/m.

Cádmio (Cd) ………………….. 0,01% m/m.

Chumbo (Pb) ………………….. 0,01% m/m.

Selênio (Se) ………………….. 0,01% m/m.

Antimônio (Sb) …………………… 0,05% m/m.

Arsênio (As) …………………… 0,05% m/m.

Cromo (Cr) ………………… 0,10% m/m.

Zinco (Zn) ………………… 0,10% m/m.

Mercúrio (Hg) ………………… 0,10% m/m.

Além disso, a regulamentação determina que, para determinar os teores destes elementos sejam utilizadas técnicas espectrométricas adequadas.

Como determinar o teor de metais em embalagens plásticas?

Um ensaio que permite a identificação de metais em soluções gasosas, líquidas e sólidas, inclusive em baixas concentrações, é a Espectrometria de Absorção Atômica. A análise permite obter dados qualitativos e quantitativos através do fenômeno de salto quântico dos elétrons.

O salto quântico consiste na excitação dos elétrons dos átomos que compõe a amostra com a utilização de uma fonte de energia. Os átomos excitados são instáveis e readquirem sua estabilidade ao voltarem ao seu estado fundamental, emitindo a energia armazenada na forma de radiação eletromagnética que é detectada pelo equipamento.

A Afinko Soluções em Polímeros realiza o Ensaio de Espectrometria de Absorção Atômica. Caso tenha interesse em realizá-lo, entre em contato através do e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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Fratura de peças poliméricas com fibra de vidro: quais as causas e como evitá-la?

Os compósitos poliméricos feitos com a adição de fibra de vidro são responsáveis por aprimorar as propriedades termomecânicas de alguns produtos. Contudo, ocasionalmente, estes materiais ainda assim sofrem fraturas. Mas então quais as causas deste tipo de falha?

A formação de um compósito polimérico através da adição de materiais é um processo bastante utilizado por diversos tipos de indústrias na fabricação de seus produtos. As fibras de vidro são uma das principais cargas inorgânicas reforçativas e são incorporadas com o objetivo de incrementar algumas propriedades mecânicas e termomecânicas, como maior rigidez e resistência à fluência.

Figura: Imagem ilustrativa das fibras de vidro utilizadas como cargas de reforço.

Figura: Imagem ilustrativa das fibras de vidro utilizadas como cargas de reforço.

Quais os principais fatores que podem contribuir para a fratura de peças plásticas com fibra de vidro?

Orientação das fibras

A orientação das fibras dentro da matriz é um dos fatores que garantem propriedades mecânicas elevadas para algumas aplicações. Porém, por conta da anisotropia, fibras orientadas perpendicularmente à solicitação mecânica de tração ou flexão apresentam um desempenho menor.

Adesão das fibras à matriz polimérica

O sucesso da incorporação de fibras em matrizes poliméricas estã muito relacionado à existência de uma interface fibra/matriz de qualidade. Tal interface garante uma boa adesão entre a parte inorgânica (fibras) e orgânica (matriz polimérica), que é um importante requisito para que haja transferência de tensões da matriz para a fibra. Dessa forma, uma baixa adesão entre fibra e matriz faz com que as tensões não sejam transferidas totalmente da matriz para as fibras, não gerando o efeito de reforço esperado.

Tamanho das Fibras

As fibras aumentam a resistência de um material polimérico através de mecanismos de transferência de tensões. Um dos fatores preponderantes para uma fibra poder atuar como reforço é o seu comprimento. Para que ocorra uma transferência de tensões adequada, a fibra deve possuir um certo comprimento mínimo ou crítico, a partir do qual a fibra deixa de ser um concentrador de tensões e passa a reforçar o material polimérico. Por este motivo, toda atenção é necessária durante o processamento para que não ocorra quebra das fibras, e as mesmas não tenham seu desempenho comprometido ou mesmo passem a atuar como concentradores de tensão.

Teor de Fibras

O teor adequado de fibras de vidro incorporadas em um material polimérico depende das propriedades finais que se deseja alcançar no produto, do tipo de matriz polimérica e tipo de processo de moldagem a ser utilizado.

Por exemplo, baixos teores de fibras podem não ser suficientes para que se alcance as propriedades desejadas em alguns produtos. Por outro lado, um excesso de fibras pode tornar o material extremamente rígido e quebradiço.

Distribuição irregular das Fibras

O processo de mistura das fibras de vidro junto à matriz polimérica é um passo muito importante no desenvolvimento de compósitos. O mais adequado é que haja uma distribuição regular. Caso esta distribuição seja irregular, é possível que regiões tenham um teor maior de fibras do que outras, deixando o produto com propriedades irregulares ao longo da peça, de forma que essas heterogeneidades podem propiciar uma falha.

Como evitar este tipo de problema?

O primeiro passo para resolução deste tipo de problema é identificar a principal causa da falha. Existem diversos tipos de ensaios que podem ser utilizados para investigar as causas raízes deste tipo de problema. Dentre eles, temos:

Termogravimetria (TGA): Este é um dos principais ensaios utilizados para determinar o teor de cargas inorgânicas presentes em matrizes poliméricas. Trata-se de uma análise termoanalítica que mensura as variações de massa em relação ao aumento de temperatura. Através deste ensaio é possível determinar o teor de fibras de vidro (em massa) incorporadas em um compósito.

Microscopia Óptica: A microscopia óptica avalia a presença e a morfologia de aditivos e cargas nos polímeros através da interação com a luz. A partir deste ensaio é possível determinar o comprimento das fibras e muitas vezes avaliar como as fibras estão dispersas na matriz.

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): Já este tipo de microscopia utiliza a detecção da interação de um feixe de elétrons com a estrutura para gerar imagens com um grande aumento sema perda de nitidez. Através das imagens geradas é possível analisar a morfologia da microestrutura e obter informações muito relevantes sobre orientação, dispersão e distribuição, e adesão entre fibras e matriz polimérica.

A Afinko realiza todos os ensaios listados com o objetivo de investigar este tipo de problema em compósitos de fibra de vidros com matriz polimérica. Caso tenha interesse, entre já em contato pelo e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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Cristalinidade de polímeros: O que é e como determinar?

A cristalinidade dos polímeros é um fator estrutural muito importante pois está diretamente relacionado com diversas propriedades, entre elas as mecânicas. O ensaio de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) é um dos testes mais práticos para determinação do teor de cristalinidade dos materiais poliméricos.

O que é a cristalinidade de um polímero?

Os polímeros são materiais compostos por longas cadeias de átomos formadas unidades básicas que se repetem ao longo da estrutura molecular (conhecida como mero). A Cristalinidade está relacionada com a forma com a qual essas longas cadeias estão organizadas. Assim, um cristal é formado quando as moléculas poliméricas apresentam ordem de longo alcance, ou seja, estão ordenadamente empacotadas ao longo de grandes distâncias atômicas.

Devido ao enorme comprimento de suas cadeias, os polímeros, em condições normais, não se cristalizam por completo e, dessa forma, são conhecidos como polímeros semicristalinos. O processo de cristalização de um determinado polímero depende de diversos fatores, principalmente da taxa de resfriamento utilizada durante o processo de moldagem.

Imagens de cristais poliméricos por microscopia (Cristalinidade)

Figura: Imagens de estruturas cristalinas de polímeros.

 

Por outro lado, alguns polímeros, por características estruturais de suas moléculas, não se cristalizam. Estes são conhecidos como polímeros amorfos.

(Nós já escrevemos um texto sobre polímeros amorfos e semicristalinos, acesse já clicando no link: https://afinkopolimeros.com.br/polimero-cristalino-o-que-e-saiba-ja/)

Quais propriedades são alcançadas através da cristalinidade?

A cristalinidade tem influência na maioria das propriedades dos polímeros. Como, por exemplo, as propriedades ópticas. Quanto maior o grau de cristalinidade dos polímeros mais opacos eles se tornam. Assim, polímeros transparentes não possuem cristalinidade, ou seja, são amorfos.

Além disso, à medida que os teores de cristalinidade aumentam em um polímero, há também o aumento do módulo elástico, resistência ao escoamento e dureza.

Como determinar o teor de cristalinidade em materiais poliméricos?

Uma das principais técnicas para determinação da cristalinidade de materiais poliméricos é a Análise de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC).

Durante o ensaio DSC a amostra é submetida à uma rampa de temperaturas e o fluxo de calor causado pelas transições térmicas dos materiais analisados (processos endotérmicos, exotérmicos e variações na capacidade calorífica) é medido em função do tempo e temperatura.

Os polímeros semicristalinos possuem uma transição térmica caracterizada pela fusão dos cristais. Essa transição ocorre a uma temperatura conhecida como Temperatura de Fusão Cristalina (Tm), onde o material adquire energia suficiente para vencer as forças secundárias que unem as moléculas de seus cristais, causando a sua transformação para o estado líquido (viscoso).

Como neste processo ocorre absorção de energia, o DSC mensura o fluxo de calor obtendo o valor da variação de entalpia ocorrida durante esta transição térmica. Através da entalpia medida, e comparando-se com valores teóricos obtidos em laboratório, obtém-se o teor de cristalinidade do material analisado.

A Afinko Soluções em Polímeros realiza o ensaio DSC para a determinação da cristalinidade de amostras poliméricas. Caso tenha interesse em realizá-lo entre em contato através do e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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Ciência dos Polímeros – Sebastião V. Canevarolo Jr. – Editora Artliber.