Acrílico: O material presente nas suas roupas

Você já percebeu que provavelmente grande parte das suas roupas não é feita com materiais naturais como lã de ovelha, alpaca ou até mesmo algodão? Na verdade, grande parte delas contém acrílico ou poliéster. Hoje conheceremos um pouco mais do tecido produzido através de fibras de acrílico e os processos que envolvem a sua manufatura.

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Como processar polímeros que têm elevada temperatura de fusão

O setor de Engenharia de Plásticos é um dos que mais cresce segundo dados da Associação Brasileira da Indústria do Plástico (ABIPLAST). No Brasil existem cerca de 11500 empresas que operam no setor de plásticos, mas a tendência é que esses números aumentem ainda mais com o crescimento de áreas como construção civil, embalagens, automobilística, alimentos, calçados, cosméticos e agricultura, aponta o professor Msc. José Mauro Diniz Oliveira das Faculdades Oswaldo Cruz (FOC). Assim, de acordo com a importância do setor, veremos hoje algumas dicas de processamento de polímeros, mais especificamente termoplásticos com elevada temperatura de fusão.

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Participação brasileira no desenvolvimento de telas biodegradáveis para eletrônicos

O Brasil, segundo dados da Teleco (out/2014), possui mais telefones celulares do que pessoas, apresentando uma proporção de 1,37 aparelhos por habitante. Os usuários de celulares trocam seus aparelhos em média a cada 22 meses, o que totaliza aproximadamente 153 milhões de aparelhos descartados por ano, isso apenas no Brasil. Com base nesses dados, vemos que o desenvolvimento de eletrônicos biodegradáveis é cada vez mais fundamental, e nossos pesquisadores estão ajudando a tornar isso possível: Wendel Alves, Thiago Cipriano (UFABC) e Eudes Fileti (USP) participaram de um grupo de pesquisa que conseguiu desenvolver OLEDs (LEDS orgânicos) de cor azul para as telas.

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Elastômeros termoplásticos

Hoje falaremos sobre os elastômeros termoplásticos, que surgiram na década de 70 e devido a suas inúmeras vantagens em relação aos elastômeros convencionais, começaram a ser produzidos em grande escala desde então. Esses polímeros surgiram a partir da busca por menor densidade, menor custo de produção, maior produtividade, fácil adição de cor, reciclabilidade e melhor processabilidade em termos de elastômeros. Tudo isso pôde ser encontrado nos elastômeros termoplásticos, que podem ser moldados por uma ampla gama de processos, como injeção, extrusão, termoformação, moldagem, sopro e ainda por cima apresentam uma melhor adesão aos demais polímeros termoplásticos, permitindo a sobremoldagem com esses materiais. No entanto, esses elastômeros também apresentaram algumas perdas de propriedade em relação aos seus precursores, tais como menores resistência à temperatura, resistência química, flexibilidade e recuperação após a compressão.

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Cientistas produzem material inspirado em teia de aranha

Aqui no blog já falamos sobre as teias de aranhas e porque elas são tão resistentes. Agora os cientistas descobriram como produzir uma versão artificial desse material, que poderá ajudar muito no desenvolvimento da robótica e da biotecnologia!

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Conheça o material que promete revolucionar a biomedicina

O que lentes de contato, fraldas descartáveis, substâncias transportadoras de medicamentos, gel de cabelo, pasta de dente e os cosméticos em geral têm em comum? Todos geralmente possuem em sua composição um polímero multifuncional denominado hidrogel. Os hidrogéis são hidrofílicos, isto é, têm afinidade com a água, podendo conter até 99% dessa substância em sua estrutura, são lubrificantes, sensíveis a alterações no ambiente, normalmente viscoelásticos e permitem o transporte de solutos. Com todas essas características, são extremamente versáteis e multifuncionais, podendo variar de flexíveis a frágeis, porosos a densos, de acordo com sua composição química, o que permite que sejam adaptáveis às mais diversas necessidades.

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Método inovador para limpeza utilizando polímeros

Quem não tem problemas com poeira? Você limpa sua casa e depois de um certo tempo aquela bela película de poeira se deposita sobre tudo novamente e lá vai você limpar tudo mais uma vez. Isso não é um problema apenas do dia a dia, essas partículas interferem também em campos de grande importância e impacto, como por exemplo nas indústrias eletrônica e aeroespacial, provocando o risco de que equipamentos importantes parem de funcionar.

Pensando nos problemas relacionados a essas partículas micro ou sub-micrométricas, engenheiros desenvolveram uma solução bastante simples a partir de um polímero chamado polidimetilsiloxano (PDMS), o qual é elástico e anti-aderente.  O método foi desenvolvido para partículas menores do que 10 micrometros, visto que as partículas maiores são mais facilmente removíveis e poderiam ser retiradas através de métodos mais simples, como jatos de ar comprimido ou de nitrogênio. Basicamente, foram criadas milhões de pequenas colunas na estrutura do polímero PDMS, como espécies de pilares. Os diâmetros dessas estruturas podem variar de 2 a 50 micrometros, podendo ser observadas apenas ao microscópio. As diferentes dimensões permitem que as colunas recebam uma faixa maior de tamanhos de partícula de poeira. No entanto, para que isso seja possível, não basta apenas a estrutura de colunas; Izadi, um dos cientistas envolvidos, afirma que “quando se fala a respeito de poeira, você está falando sobre cargas eletrostáticas”. Dessa forma, o polímero apresenta também uma carga eletrostática que consegue destacar as partículas de poeira do equipamento, móvel ou estrutura na qual elas se encontram, já que tem uma interação mínima com os substratos a serem limpos, ocasionando uma interação elétrica mais intensa com a partícula. Assim, é necessário apenas encostar o polímero desenvolvido na superfície a ser limpa e as partículas absorvidas entram nos pilares devido à força eletrostática e são removidas, solucionando o problema.

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Partículas de sílica (rosa) aderidas ao micropilar de 50 micrometros de diâmetro. Crédito: Vanderlick Lab

Além disso, a invenção ajuda a preservar obras de arte, já que pinturas em acrílico, por exemplo, são extremamente porosas e acabam acumulando poeira em seus poros, o que diminui a vividez das cores e a riqueza de detalhes. Alguns testes do produto já foram realizados em diversos substratos e não houve sinais de deterioração das superfícies a serem limpas e a limpeza foi total, ao menos para os testes com partículas de sílica.

Fontes:

Hadi Izadi et al. Removal of Particulate Contamination from Solid Surfaces Using Polymeric Micropillars. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016;

In the war against dust, a new tool inspired by geckos – Science Daily

PEEK: O polímero de alta performance

No post “A vantagem dos polímeros” apresentamos a seguinte imagem:

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Pirâmide Polimérica

Nela aparece um material com muito destaque atualmente, que é uma alternativa para fluoropolímeros como o Teflon, o PEEK ou poliéter-éter-cetona,  na região dos plásticos que aguentam temperaturas extremas. Por essas e outras propriedades ele possui inúmeras aplicações, como falaremos a seguir.

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Monômero PEEK

Reduzir tempo de produção de aeronaves

A utilização de componentes poliméricos no lugar dos metálicos permitem reduzir o tempo de produção, além de reduzir o peso. Esses dois fatores proporcionam uma redução de custo, sempre buscada em qualquer projeto de engenharia. Os compósitos com PEEK são utilizados há mais de 25 anos na industria aeroespacial por fabricantes renomados, como a Airbus. Esse material é utilizado em portas e tubos que protegem cabos de alta tensão. Também se utiliza como matéria-prima para suportes hidráulicos e de combustível para asas, caixa central e tanques de combustível, podendo reduzir o peso em 40%. Ele pode ser utilizado nessa aplicação por causa das seguintes propriedades: resistência ao desgaste, rigidez, baixo coeficiente de atrito.

Motores feitos com polímeros

A Solvay anunciou no ano passado (2015) um projeto que consiste na utilização de PEEK para a fabricação de um duto de admissão de combustível, como o da foto, fabricado por impressão 3D.

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Duto de admissão de combustível

Tradicionalmente o material utilizado no duto é o alumínio, porém hoje a indústria depende muito da poliamida. Com a busca de novos materiais encontrou-se o PEEK, que alia redução de tamanho do motor e também poder de suportar altas temperaturas de trabalho (até 240 ºC). A redução de peso da peça obtida foi de aproximadamente 50% com o PEEK reforçado com 10% de fibras de carbono, além de ter ótima resistência química para combustíveis e desempenho mecânico confiável.

Biomateriais para implantes

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Implante para coluna cervical

O PEEK é utilizado pela Solvay para fabricar implantes para a coluna cervical, pois possui um módulo de elasticidade muito próximo ao do osso,biocompatibilidade, tenacidade e resistência à fadiga.

Indústria do Petróleo e Gás

Os Victrex PEEK são utilizados na produção de ferramentas de alto desempenho para a perfuração de poços. Os benefícios imediatos da aplicação desse material são operações mais fáceis, mais rápidas e mais eficientes. Além disso, o material possui baixa expansão térmica, que pode chegar a 1/6 do aço, ou seja, suportam tolerâncias de projeto mais apertadas. Também combinam baixa resistência eletromagnética e alta resistividade elétrica e possuem estabilidade hidrolítica (absorção de água no máximo de 0,2%).

Você sabe outra aplicação para o PEEK? Deixe nos comentários!

Referências:

Vitrex promete reduzir tempo de fabricação de aeronaves com linha de compósitos termoplásticos

Nova tecnologia em suportes fabricados com PEEK introduzida na indústria aeronáutica reduz consumo e custos de manufatura

Polímero PEEK da Solvay será usado em duto de admissão de combustível no projeto do motor fabricado totalmente com plásticos

Solvay lança no Brasil linha de biomateriais para implantes ortopédicos e cardiovasculares

Polímeros Victrex®Peek permitem alto desempenho em ambientes extremos da indústria do Petróleo e Gás

#6 Conversa com Engenheiro: Marcelo Rabello (UFCG)

A sexta edição do Conversa com Engenheiro é com o professor Marcelo Rabello,  engenheiro de materiais e mestre em engenharia química pela Universidade Federal da Paraíba e doutor em materials engineering pela University of Newcastle (Inglaterra). Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), com atuação na graduação, mestrado e doutorado. Ao longo de sua carreira profissional destacou-se pela inovação nos projetos desenvolvidos, especialmente na área de durabilidade de materiais poliméricos, incluindo falha por stress cracking e degradação de polímeros. Prof. Marcelo é um dos nomes relevantes na área de polímeros do Brasil e autor dos livros “Aditivação de Polímeros” e “Aditivação de Termoplásticos”. Ministra cursos de curta duração em diversos temas relacionados a materiais poliméricos.

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1. Dependendo do ambiente em que se encontram, alguns polímeros podem ser extremamente danificados e falhar prematuramente. Quais características do material e do ambiente poderiam ser analisadas na tentativa de prever a ocorrência desse fenômeno indesejado?

Os polímeros são materiais que apresentam uma grande diversidade de fatores que afetam o comportamento. Isso inclui não apenas suas características moleculares (como massa molar e sua distribuição, ramificações e reticulações e taticidade) mas também suas características físicas (como cristalinidade, orientação molecular, tensões internas, etc.), além da presença de aditivos. Somado a tudo isso, são muito susceptíveis aos efeitos ambientais, como temperatura, umidade, agentes químicos e intempéries. Todos esses fatores interferem de modo variável nas propriedades dos produtos.

2. Qual o maior desafio em trabalhar com falha prematura de polímeros?

Pela resposta à pergunta anterior se conclui que a diversidade de fatores é muito alta. Certamente, a identificação não apenas dos fatores relevantes mas também a hierarquização desses fatores como causas prováveis pode ser considerado como o maior desafio dessa área. Normalmente, a falha prematura envolve uma combinação de causas, aumentando a complexidade da análise.  Alie-se a isso o fato dos materiais poliméricos apresentarem comportamento muito dependente do fabricante, grade e da própria formulação empregada. Por fim, a investigação da falha (e isso vale para todos os materiais) requer registros relevantes como histórico, preservação de componentes, descrição completa do ambiente de falha, etc. Nem sempre temos todas essas informações disponíveis…

3. Há maneiras de modificar o polímero para torná-lo mais compatível com o ambiente em caso de falha prematura ou a única solução é a troca de material?

Em algumas situações sim, é possível, manipular com a formulação para adequá-lo à condição de uso. Os casos mais comuns são os de falha por solicitações mecânicas e problemas de estabilidade dimensional. Nesses casos, aditivos como cargas reforçantes ou modificadores de impacto podem conferir uma boa condição para reduzir a chance de falha mecânica. Um outro exemplo importante refere-se à degradação química que as moléculas sofrem em algumas condições ambientais. Aditivos estabilizantes como antioxidantes ou fotoestabilizantes são utilizados para prolongar a vida útil dos produtos.

4. Hoje existe algum tipo de simulação computacional para prever a falha prematura de polímeros?

Embora existam muitas tentativas de desenvolver modelos matemáticos para esse fim, são pouquíssimos os casos de sucesso. A combinação de fatores que afetam a falha somado à falta de “padronização” dos materiais poliméricos praticamente inviabilizam modelos confiáveis para esse tipo de previsão.

5. Você acredita que com os modelos científicos atuais já é possível dar informações com segurança sobre a falha de um polímero em serviço por meio de testes acelerados? Quais os modelos comumente utilizados para fazer essas estimativas?

Os testes acelerados são extremamente úteis no projeto de produtos com níveis mais elevados de confiabilidade. Acredito muito mais em testes experimentais com componentes reais do que em situações simuladas por computador. Na elaboração do procedimento, deve-se expor o produto a todas as situações encontradas na prática, incluindo tensões externas, agentes químicos, ciclos de exposição, etc. Todos os estudos mostram, entretanto, que quanto maior o nível de aceleração, mais divergente são os resultados em relação às situações reais. Diversos setores industriais adotam procedimentos desse tipo para simulação dos produtos em serviço, como em pneus, componentes de aviões, calçados, tintas, etc. Os testes acelerados procuram minimizar problemas de performance dos componentes e atender uma necessidade mercadológica de reduzir o tempo entre a pesquisa/desenvolvimento e a aplicação prática dos produtos.

6. Como professor, o que você acha que não pode faltar na formação de um engenheiro de materiais?

O engenheiro de materiais atua predominantemente na indústria, buscando inovação, produtividade e, principalmente, solução de problemas. Essa formação deve contemplar a preparação do aluno para a realidade industrial, levando em consideração esses desafios. Uma visão de mercado é absolutamente essencial na formação de qualquer engenheiro. Ele precisa pensar em soluções que levem em conta os fatores econômicos, de recursos humanos, logística, e de mercado. Isso tudo além da formação técnica, fluência em idiomas, atitude empreendedora, inteligência emocional, etc.


Gostaríamos de agradecer ao professor Marcelo Rabello pela disponibilidade e por compartilhar conosco suas experiências.

Para quem ficou interessado no tema, há um post sobre falha prematura de polímeros disponível nesse link.

No próximo mês voltaremos teremos a sétima edição do Conversa com Engenheiro, não percam!