22.06.2023 by Milena Riedl

Noções básicas de reometria capilar

A reologia estuda a deformação e o fluxo de fluidos. Tradicionalmente, os reômetros capilares têm sido usados para medir a viscosidade de cisalhamento e a elasticidade de materiais viscosos a altas taxas de cisalhamento. Saiba por que você precisa de um reômetro capilar e quais dados podem ser obtidos.

"A reologia estuda a deformação e o fluxo de fluidos. [...] Tradicionalmente, os reômetros capilares têm sido usados para medir a viscosidade de cisalhamento e a elasticidade de materiais viscosos em altas taxas de cisalhamento. [...] O interesse em altas taxas de cisalhamento decorre do modo de deformação que um material sofrerá em processos como extrusão, sopro de filme e moldagem por injeção." [1]

As respostas de um material à deformação ou apenas ao ambiente em si ocorrem em diferentes escalas de tempo. Alguns processos levam anos, como o envelhecimento físico e a fluência. Outros processos ocorrem em segundos ou milissegundos, por exemplo, o comportamento de impacto ou o cisalhamento e o alongamento durante o processamento, como extrusão, moldagem por sopro e moldagem por injeção.

Quanto mais rápida for a resposta do material, mais rápida deverá ser a taxa de deformação. Esse também é o motivo pelo qual os reômetros rotacionais não são adequados para esses processos. Seu princípio funcional foi projetado para detectar alterações no nível molecular até uma deformação baixa ou medium. No entanto, os reômetros capilares cobrem o outro lado do espectro - processos que ocorrem em uma escala de tempo rápida.

Figura 1: Influências no preenchimento do molde

Por que você precisa de reometria capilar?

Em um processo de moldagem por injeção, por exemplo, a viscosidade do material e a geometria do canal e da própria peça influenciam o preenchimento do molde. Por sua vez, esses dois parâmetros influenciam as taxas de cisalhamento, a pressão de enchimento, o comprimento do fluxo e até mesmo a força de fixação necessária para manter o molde fechado.

Que dados podem ser obtidos por meio de um reômetro capilar?

A viscosidade pode ser considerada como a fluidez de um líquido ou o quanto ele resiste ao fluxo. A viscosidade, η, é expressa como a razão entre 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 cisalhamento (força por unidade de área) e a taxa de cisalhamento (variação da taxa de deformação de cisalhamento). [2]

  • Comportamento de alta taxa de cisalhamento

A taxa de cisalhamento é a taxa na qual um fluido é cisalhado ou deformado durante o fluxo. Em termos mais técnicos, é a taxa na qual as camadas de fluido se movem umas contra as outras. Se alguém esfregar rapidamente uma camada muito fina de pomada, creme ou loção na pele, por exemplo, a taxa de cisalhamento será muito maior do que se esse material for espremido lentamente para fora do tubo. [3]

  • Propriedades de extensão

O fluxo extensional ocorre quando o material não está em contato com limites sólidos, como é o caso durante o desenho de filamentos, fibras, filmes, folhas ou bolhas infladas. Os fluxos convergentes nas entradas das matrizes também são de natureza extensional. [4] As propriedades extensionais incluem a taxa de deformação extensional e a viscosidade extensional.

A fratura por derretimento é definida como o fenômeno causado pela 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 cisalhamento excessiva exercida sobre a resina derretida que leva à rugosidade no extrudado [5]. [5] É um efeito de superfície indesejado que também pode afetar as propriedades da peça. Como ela ocorre em altas tensões de cisalhamento para o material sob investigação, pode ser reduzida ou eliminada com a redução do rendimento.

O 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 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 é uma diminuição dependente do tempo na 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 sob uma deformação constante. Esse comportamento característico do polímero é estudado aplicando-se uma quantidade fixa de deformação a um corpo de prova e medindo-se a carga necessária para mantê-la em função do tempo. [6]

  • Resistência ao derretimento

A resistência do derretimento pode ser descrita como a resistência do derretimento do polímero ao estiramento. A resistência ao derretimento de um material está relacionada aos emaranhados da cadeia molecular do polímero e à sua resistência ao desemaranhamento sob tensão. As propriedades do polímero que afetam a resistência ao emaranhamento são o peso molecular, a distribuição do peso molecular (MWD) e a ramificação molecular. À medida que cada propriedade aumenta, a resistência à fusão é aprimorada em baixas taxas de cisalhamento. [7] Essa é uma propriedade importante para a extrusão bem-sucedida de materiais plásticos.

  • Inchaço da matriz

A dilatação da matriz ocorre quando um material flui para fora da matriz capilar. Uma maneira de explicar a dilatação da matriz é considerar a capacidade do polímero fundido de lembrar seu histórico de fluxo. A ideia é imaginar um elemento fluido movendo-se do reservatório para uma matriz capilar como um cilindro curto e gordo sendo espremido em um cilindro longo e fino. Se o tempo de permanência do elemento fluido na matriz for menor do que o tempo de sua memória de desvanecimento (tempo 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), ele tentará retornar à sua forma original e produzirá o efeito de dilatação da matriz. [8]

  • comportamento e compressibilidade do pvT

o pvT investiga a relação entre pressão e volume em um material. Além disso, dá uma indicação de quão compressível é aTemperaturas 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). fusão de um polímero. Como os polímeros são processados em altas temperaturas e pressões, a relação entre pressão, volume e temperatura é de grande importância.

Para que você precisa dos dados de um reômetro capilar?

Outros motivos pelos quais precisamos de dados de reômetro capilar: Medir o comportamento do fluxo de um material para controle e garantia de qualidade, fazer estudos de processamento (dependência de cisalhamento) ou obter parâmetros de modelos de entrada para simulações de fluxo. Podemos estudar formulações para avaliar o efeito de cargas, auxiliares de processamento e aprimoradores de produção.

Na próxima semana, abordaremos o princípio de funcionamento de um reômetro capilar, explicaremos a curva de fluxo de viscosidade característica e destacaremos a importância das correções necessárias.

Fontes:

[1] Dao, T.T., Ye, A.X., Shaito, A.A., Roye, N., Hedman, K. (2009): Capillary Rheometry: Analysis of Low-Viscosity Fluids, and Viscous Liquids and Melts at High Shear Rates; recuperado de: https://www.americanlaboratory.com/913-Technical-Articles/557-Capillary-Rheometry-Analysis-of-Low-Viscosity-Fluids-and-Viscous-Liquids-and-Melts-at-High-Shear-Rates/

[2] https://www.dc.engr.scu.edu/cmdoc/dg_doc/develop/process/physics/b3200002.htm

[3] Moonay, D. (2017): What is Shear Rate and Why is it Important?; recuperado de: https://www.labcompare.com/10-Featured-Articles/338534-What-is-Shear-Rate-and-Why-is-it-Important/

[4] Shenoy, A.V. (1999): Rheology of Filled Polymer Systems; recuperado de: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-015-9213-0_9

[5] Ebnesajjad, S. (2017): Fluoroplastics; recuperado de: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/melt-fracture

[6] Ashter, S.A. (2014): Thermoforming of Single and Multilayer Laminates; recuperado de: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/stress-relaxation

[7] Frankland, J. (2013): Extrusion: Where's the Data? The Importance of Melt Strength in Extrusion; recuperado de: https://www.ptonline.com/articles/what-about-melt-strength

[8] Koopmans, R.J. (1999): Polypropylene; retrieved from: http s://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-011-4421-6_22