Introdução
As folhas de polímero termoplástico são amplamente utilizadas em vários setores da indústria devido às suas vantagens de custo-benefício, leveza, flexibilidade e propriedades físicas e químicas exclusivas. As aplicações incluem, entre outras, embalagens, etiquetas, revestimento de cabos termorretráteis, revestimentos e folhas separadoras de capacitores e baterias.
Nos casos em que as propriedades das folhas após a extrusão não são suficientes para a aplicação, as folhas podem ser esticadas para melhorar suas propriedades. Os benefícios desse processamento vão desde a melhoria das propriedades mecânicas - aumentando a resistência ao escoamento ou o módulo de Young - até a melhoria das propriedades ópticas relacionadas à transparência das folhas, reduzindo a permeabilidade à umidade ou aumentando a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de ruptura em aplicações elétricas.
A produção dessas folhas pode ser classificada em extrusão de folhas sopradas ou fundidas. Além disso, dependendo do processamento afetado na folha extrudada, é possível distinguir entre polímeros orientados biaxialmente ou uniaxialmente (BO). No último caso, isso pode ser obtido pelo estiramento sequencial ou simultâneo das folhas [1]. O(s) processo(s) de alongamento subsequente(s) ocorre(m) acima da temperatura de transição vítrea, mas muito abaixo da Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). temperatura de fusão do polímero. O alongamento na direção da máquina (MD), ou seja, ao longo da direção de movimento das folhas, é realizado esticando-se a folha entre rolos que giram em velocidades diferentes. Dessa forma, o segundo conjunto de rolos gira mais rápido do que o primeiro conjunto [1]. No caso de trefilação sequencial, a folha de alumínio é posteriormente transferida para um forno, onde é esticada em uma estrutura de suporte. Aqui, os grampos agarram a borda da folha e a esticam, afastando-a gradualmente [1].
Esses processos de estiramento podem resultar em espessuras de folha na região de μm inferiores. Esses processos induzem uma orientação molecular preferencial das cadeias de polímero na folha. É essa orientação preferencial que introduz uma certa tendência de encolhimento das folhas durante o aquecimento. Isso pode se tornar importante quando as folhas são submetidas a temperaturas mais altas, o que pode levar a um comportamento inesperado do produto ou, na pior das hipóteses, a falhas do produto durante o serviço.
Encolhimento por calor e forças de restauração de folhas de polímero esticadasFolhas de polímero
Se as folhas esticadas com uma orientação preferencial não forem restringidas por nenhuma condição de limite espacial, elas encolherão após o aquecimento acima de um determinado limite. Esse procedimento é coberto por normas internacionais, como ASTM D1204 e ASTM D2732. Entretanto, as folhas são frequentemente usadas em combinação com outros materiais. Nesse caso, a folha é restringida por pelo menos um lado e impedida de se contrair. Portanto, o desenvolvimento da força de restauração, ou melhor, as tensões dentro da folha de polímero são de interesse.
Com a ajuda do NETZSCH DMA 303 Eplexor®, esse comportamento pode ser caracterizado para um programa de temperatura/tempo personalizado, realizando medições sob deformação constante.
Experimental
O polipropileno orientado biaxialmente (BO-PP) foi investigado com o suporte de amostra de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de aço (mostrado na figura 1) do NETZSCH DMA 303 Eplexor®. A espessura nominal da amostra foi de 6 μm. As folhas foram cortadas em uma largura de 10 mm. O comprimento da amostra foi medido com o sistema automático de detecção do comprimento da amostra do DMA 303 Eplexor®.
Foram realizadas medições de amostras cortadas ao longo da MD e na direção transversal (TD, 90° em relação à MD). Antes das medições, a folha foi submetida a uma força estática de 0,01 N para garantir que a amostra não estivesse abaulada. Com o início da medição, a deformação da amostra foi definida como 0 mm e a força estática aplicada foi removida. Posteriormente, as amostras foram aquecidas a partir de uma temperatura inicial de 30 °C a uma taxa de aquecimento alvo de 20 K/min até as temperaturas isotérmicas desejadas de 60 °C, 90 °C e 110 °C. O segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico foi executado como Relaxation Sweep (varredura de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento). Durante ambos os segmentos, a força e a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão da amostra foram registradas, respectivamente, como uma função do tempo.
Durante o aquecimento, a expansão térmica do material não pode ser negligenciada nesses tipos de medições. Portanto, como mostrado aqui, os experimentos devem ser realizados isotermicamente para evitar qualquer superposição de expansão térmica e as forças de restauração que ocorrem durante o aquecimento contínuo.
Uma visão geral dos parâmetros usados nessa série de medições está resumida na tabela 1.
Tabela 1: Visão geral dos parâmetros usados para essa série de medições: Os parâmetros, ajustados no programa de medição para os dois segmentos (varredura de temperatura e medição de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento/rastreamento), são detalhados separadamente.
| Parâmetro | Valor |
| Modo de medição | Tensão |
| Dimensões da amostra | 6 μm de espessura × 10 mm de largura × ≈21 mm de comprimento |
| Varredura de temperatura | |
| Taxa de aquecimento | 20 K/min até a temperatura alvo |
| Força de contato | 0.010 N ± 0,005 N |
| Tipo de carga estática | Deformação |
| Valor definido | 0 mm (limite de 40 N) |
| Tipo de carga dinâmica | Força |
| Valor alvo | 0 N (limite de 100 %) @ 1 Hz |
| Medição de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento/retardamento | |
| Temperatura | Isoterma a 60°C, 90°C ou 110°C |
| Tipo de carga estática | Deformação |
| Valor-alvo | 0 mm (limite de 40 N) |
Resultados da medição
Na Figura 2, a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão calculada das amostras de MD em função do tempo é mostrada para as diferentes temperaturas isotérmicas de 60 °C (curva preta), 90 °C (curva vermelha) e 110 °C (curva azul). Após um determinado tempo de incubação, o aumento da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão parece prosseguir de forma exponencial até atingir um valor de platô para as medições a 90°C e 110°C. O aumento das tensões com as lâminas ocorre mais rapidamente em temperaturas mais altas. Em temperaturas de 60°C ou inferiores, não é possível detectar nenhum aumento de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão mensurável. Para a duração de 2 h, não é observado nenhum aumento significativo de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão.
No caso das lâminas TD (mostradas na figura 3), não é possível observar nenhum comportamento exponencial significativo na curva de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão para nenhuma das três temperaturas isotérmicas diferentes. Para a medição a 110°C, o ligeiro aumento pode sugerir um small aumento da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão. No entanto, o aumento da tensão é small comparado com as medições das lâminas MD na mesma temperatura.
Conclusão
O alongamento da folha durante o processo de fabricação introduz uma orientação preferencial das cadeias de polímero ao longo das direções de desenho. Embora isso produza várias propriedades aprimoradas nas folhas, pode levar a limitações na usabilidade em temperaturas mais altas. Como a configuração mais estável das cadeias de polímeros é uma distribuição isotrópica de orientações (maximizando assim a entropia e reduzindo a energia livre de Gibbs do sistema), as cadeias de polímeros começarão a retornar a esse estado após o reaquecimento.
Em comparação com as folhas TD, as folhas MD exibem tensões de até 1,4 MPa durante as medições a 110°C. Nenhuma força de restauração significativa foi detectada para as folhas TD.
Isso está de acordo com a falta de desenho em TD durante a fabricação das folhas, portanto, nenhuma tensão é detectada nessa orientação.