Introdução
O comportamento reológico das massas fundidas de polímeros constitui a base para a moldagem e o processamento. Com o uso de um reômetro capilar, é possível avaliar as variações de viscosidade da massa fundida de polímeros em diferentes temperaturas e taxas de cisalhamento, além de prever com eficácia o comportamento de processamento dos polímeros, proporcionando assim uma sólida base científica para o processamento e o controle de qualidade dos materiais poliméricos.
Normalmente, as propriedades reológicas dos materiais poliméricos são testadas por meio de um sistema de cilindro único, o que leva muito tempo para testar vários tipos ou lotes de amostras de polímeros sob diferentes condições. Portanto, a fim de melhorar a eficiência dos testes, um método comprovado consiste em utilizar um reômetro capilar de dois cilindros para testar duas amostras simultaneamente, o que pode reduzir efetivamente o tempo de espera para a estabilização da temperatura entre os testes. Neste trabalho, a viabilidade do teste de barril duplo foi analisada por meio da realização de uma série de testes em polietileno (PE) e polipropileno (PP) utilizando o reômetro capilar de barril duplo Rosand RH10 da NETZSCH (Figura 1).
Condições de medição e método de ensaio
As condições de medição estão detalhadas na Tabela 1. Após a instalação das matrizes abaixo dos cilindros esquerdo e direito e a estabilização da temperatura em 200 ± 0,1 °C, as partículas de PE ou PP foram adicionadas lentamente aos cilindros esquerdo e direito, uma após a outra, comprimidas a 1 MPa e, em seguida, pré-aquecidas a uma temperatura constante por 8 minutos. A medição teve início após essa etapa de compressão.
Tabela 1: Condições de medição
| Instrumento | NETZSCH Rosand RH10 |
| Amostras | PE, PP |
Pressão transdutor | 10.000 psi e 5.000 psi |
| Especificação da matriz | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Temperatura de teste | 200 °C |
| Faixa de taxa de cisalhamento | 10 ~ 10.000 s⁻¹ |
Resultados das medições e discussão
A Figura 2 mostra as curvas de viscosidade de cisalhamento do mesmo material de PE testado a 200 °C e a velocidades de 10 a 10.000 s⁻¹, utilizando cilindros duplos, nos quais os cilindros esquerdo e direito foram utilizados com uma matriz com relação comprimento/diâmetro (L/D) de 16/1, e transdutores de pressão de 10.000 psi e 5.000 psi, respectivamente.
Os dados dos testes e os valores de desvio estão apresentados na Tabela 2. Como pode ser observado na Figura 2, as curvas de viscosidade de cisalhamento testadas com os cilindros esquerdo e direito apresentam uma repetibilidade muito boa. Além disso, conforme mostrado na Tabela 2, os desvios nos valores de viscosidade de cisalhamento obtidos em diferentes taxas de cisalhamento são inferiores a 1%. Portanto, é possível obter resultados precisos realizando os testes tanto com o cilindro esquerdo quanto com o direito.
Tabela 2: Dados do teste e desvio do PE nos cilindros esquerdo e direito a 200 °C
| Taxa de cisalhamento (s⁻¹) | Viscosidade de cisalhamento (Pa·s) | Valor médio (Pa·s) | Desvio (%) | |
| Cilindro esquerdo | Barril direito | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2.250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1.583,38 | 1.558,92 | 1.571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1.079,93 | 1.059,68 | 1.069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2.155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4.642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10.001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
A Figura 3 mostra as curvas de viscosidade aparente ao cisalhamento do PE (cilindro esquerdo, preto) e do PP (cilindro direito, vermelho), testados com o sistema de cilindro duplo a 200 °C e 50 ~ 3000 s⁻¹, em que os cilindros esquerdo e direito foram utilizados com a matriz com uma relação L/D de 16/1 e transdutores de pressão de 10.000 psi e 5.000 psi, respectivamente. Como pode ser observado na Figura 3, a viscosidade de cisalhamento do PP é significativamente menor do que a do PE na mesma taxa de cisalhamento. Portanto, o teste de cilindro duplo permite não apenas obter os dados de viscosidade de cisalhamento dos dois materiais simultaneamente, mas também comparar intuitivamente as viscosidades dos dois materiais imediatamente após o teste.
A viscosidade de cisalhamento é uma propriedade do material que descreve o grau de resistência de um fluido à deformação sob cisalhamento.
A viscosidade de cisalhamento aparente é o valor de viscosidade observado ou calculado para uma taxa de cisalhamento específica, especialmente no caso de fluidos cuja viscosidade varia de acordo com as condições de fluxo.
O reômetro capilar Rosand com duplo furo permite correções do comportamento Não newtonianoUm fluido não newtoniano é aquele que apresenta uma viscosidade que varia em função da taxa de cisalhamento ou da tensão de cisalhamento aplicada.não newtoniano e dos efeitos de entrada para a determinação direta da viscosidade de cisalhamento.
Conclusão
Neste trabalho, as propriedades reológicas dos materiais PE e PP foram testadas sob diferentes condições utilizando o equipamento Rosand RH10 da NETZSCH. Para o mesmo material, é possível obter resultados de ensaio muito precisos, independentemente de se utilizar o cilindro esquerdo ou o direito. Ao testar materiais diferentes utilizando o sistema de cilindro duplo, não só é possível melhorar a eficiência dos ensaios e reduzir efetivamente o tempo de ensaio, como também é possível fazer uma comparação muito intuitiva dos resultados ao final do ensaio.