Análise de termoplásticos com um reômetro rotacional Kinexus

Um dos principais motivos pelos quais os polímeros são usados tão amplamente é o fato de serem relativamente baratos para serem moldados em formas complexas no estado fundido, o que representa uma grande mudança na reologia de um material inicial sólido até um produto final sólido. No entanto, precisamos entender como eles fluem quando são processados dessa maneira. Em nosso artigo anterior, foram discutidas várias propriedades reológicas dos polímeros. Agora, daremos uma olhada em três propriedades que podem ser determinadas pelo reômetro rotacional Kinexus.

small Os instrumentos de reômetro rotacional normalmente requerem uma amostra do material a ser testado na forma de um disco, com dimensões típicas de 25 mm de diâmetro e 1 mm de espessura. A amostra é colocada entre um par de placas paralelas ou cone superior e placa inferior, cuja temperatura pode ser mantida com precisão para imitar as condições experimentadas pela amostra durante o processamento [1].

O Kinexus da NETZSCH é capaz de realizar vários tipos de teste para permitir a caracterização completa de um material em uma faixa de temperaturas e taxas de fluxo. Exemplos dos tipos de testes disponíveis são:

Figura 1: Curva de fluxo para LDPE a 190°C mostrando um platô de baixa taxa de cisalhamento para a viscosidade. A magnitude da viscosidade de cisalhamento zero está relacionada ao peso molecular médio do polímero

Determinação de curvas de fluxo

As curvas de fluxo medem a viscosidade de cisalhamento em relação à taxa de cisalhamento ou à 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. Em taxas de cisalhamento suficientemente baixas, um valor constante para a viscosidade será atingido. Foi demonstrado que essa chamada viscosidade de cisalhamento zero depende do peso molecular médio do polímero, e sabe-se que o comprimento do platô (a taxa mais alta antes que a viscosidade diminua) reflete a largura da distribuição do peso molecular [1].

Determinar a viscosidade de cisalhamento zero com testes de fluência

Os testes de fluência (aplicação 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 constante por um período de tempo definido) são um meio alternativo para a determinação da viscosidade de cisalhamento zero. Quando combinados com o teste de recuperação (remoção 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), esses testes permitem medir a quantidade de elasticidade na amostra porque um material, devido à sua "elasticidade", recuará e tentará recuperar sua forma original [1].

Figura 2: A curva de fluência (azul) e recuperação (vermelha) do polipropileno a 190ºC permite que a viscosidade de cisalhamento zero seja determinada e a conformidade recuperável de equilíbrio

Medir propriedades viscosas e elásticas

Small oteste oscilatório sinusoidal de amplitude em função da frequência de teste é um método rápido e frequentemente usado para medir as propriedades viscosas e elásticas de um polímero. Dois parâmetros são relatados com mais frequência: o Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico (armazenamento) e oMódulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo viscoso (perda) (G''), que representam os graus relativos do material para se recuperar (resposta elástica) ou fluir (resposta viscosa) à medida que a taxa de deformação (frequência de teste) muda. Uma resposta típica para umaTemperaturas 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 polímero é exibir um comportamento dominado pela elasticidade em altas frequências e um comportamento dominado pela viscosidade em baixas frequências. Isso significa que existe uma frequência crítica na qual as duas respostas são iguais.

Obviamente, esse é um ponto bem definido e, convenientemente, foi demonstrado que essa frequência e esse módulo "cruzados" dependem do peso molecular e da distribuição do peso molecular de alguns polímeros lineares. Uma possível vantagem de utilizar esse ponto como uma ferramenta de controle de qualidade é que o cruzamento dos módulos elástico e viscoso ocorre em frequências significativamente mais altas do que o ponto em que ocorre um valor constante de viscosidade de cisalhamento. Os tempos de teste para testes de oscilação são normalmente reduzidos quando comparados à realização de medições de curva de fluxo ou testes de fluência [1].

Figura 3: Varredura de frequência para polipropileno a 190ºC. O Ponto de cruzamentoEm testes reológicos, como uma varredura de frequência ou uma varredura de tempo/temperatura, o ponto de cruzamento é um ponto de referência conveniente para indicar um ponto de "transição" da amostra.ponto de cruzamento é determinado pelo peso molecular médio e pela distribuição do peso molecular

Os reômetros rotacionais da Kinexus são a escolha preferida quando o requisito é obter informações sobre a estrutura molecular e como isso afeta as características de processamento. Em especial, a capacidade de extrair facilmente informações sobre o peso molecular médio e a distribuição do peso molecular por meio da medição das propriedades viscoelásticas torna o reômetro rotacional uma ferramenta poderosa.

Depois de abordar os conceitos básicos da análise de termoplásticos com um reômetro rotacional Kinexus, o próximo artigo do blog mostrará dois exemplos que ilustram como a caracterização viscoelástica de polímeros resolveu problemas reais de processamento.

Fonte

[1] Teste de reologia de polímeros e a determinação de propriedades usando reômetros rotacionais e reômetros de extrusão capilar (azom.com)

Agradecemos ao Dr. Bob Marsh (ex-funcionário da Malvern Panalytical) como autor original deste artigo!