Mergulhando nos fundamentos da reologia de termoplásticos

A reologia é a ciência que estuda o fluxo e a deformação de materiais com base nas leis de elasticidade e viscosidade propostas por Hooke e Newton no final do século^XVII. Os polímeros termoplásticos fundidos são amplamente utilizados em muitos processos industriais modernos para fabricar uma grande variedade de objetos. Os polímeros são usados porque são relativamente baratos para dar formas complexas no estado fundido. No entanto, precisamos entender como eles fluem quando estão sendo processados [1].

Fatores que influenciam o comportamento do fluxo de polímeros

Os polímeros são materiais complicados de caracterizar reologicamente porque há muitos fatores que influenciam suas propriedades de fluxo. Exemplos de fatores que influenciam o comportamento do fluxo podem incluir a temperatura de processamento, a taxa de fluxo, o tempo de residência etc.

Além disso, as propriedades reológicas dos polímeros estão entre as de um líquido e as de um sólido. Isso leva à dependência do tempo das propriedades de fluxo e de outras características importantes, algumas das quais são discutidas abaixo [1].

Propriedades reológicas importantes dos polímeros

Sabe-se quea viscosidade do fundido depende muito da temperatura. Ao reduzir a temperatura de um molde até que a peça que está sendo produzida tenha um acabamento fosco, o engenheiro de processos pode saber qual é a temperatura mínima (e, portanto, a viscosidade máxima da resina) na qual o processo pode ser executado sem que os defeitos de superfície se tornem aparentes. A redução da temperatura do molde economiza energia e pode reduzir os tempos de ciclo, portanto, é muito útil compreender a dependência da temperatura da viscosidade da massa fundida.

Sabe-se que os polímeros fundidos apresentam dilatação da matriz quando extrudados. Esse fenômeno se revela como um aumento do diâmetro de um extrudado após sair de uma matriz. A quantidade de dilatação da matriz está relacionada à quantidade de deformação elástica do material na entrada da matriz. Um outro fato a ser considerado é que o grau de dilatação da matriz (mais corretamente, dilatação do extrudado) depende do comprimento da matriz quando o material é extrudado com rendimento constante. Em outras palavras, os polímeros fundidos apresentam dependência do tempo, pois o material esquece a deformação elástica aplicada na entrada da matriz; quanto mais tempo o material passa dentro da matriz, menor é a dilatação da matriz.

A elasticidade do der retimento também pode ter implicações profundas em muitos outros processos de polímeros, como:

• Moldagem por sopro, em que a espessura da parede do componente soprado depende do grau de dilatação que ocorreu durante o processo de extrusão antes do fechamento do molde.
• Moldagem a vácuo ou termoformagem, em que o polímero deve manter um grau de elasticidade para evitar que o material se curve antes de ser puxado a vácuo sobre a matriz de moldagem a frio. Se o material não tiver elasticidade suficiente, é provável que entre em contato com a matriz resfriada antes que o vácuo ou a pressão sejam aplicados [1].

Como caracterizar o comportamento do fluxo de fusão de polímeros

As propriedades de processamento do polímero também dependem da concentração de lubrificantes, plastificantes, cargas e outros componentes no composto que está sendo processado. A partir dessa breve introdução, pode-se perceber que a caracterização adequada do comportamento do fluxo deTemperaturas 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 do polímero provavelmente exigirá instrumentação sofisticada e versátil.

Do ponto de vista do reologista, o comportamento do fluxo do polímero pode ser convenientemente separado em três componentes: Fluxos de cisalhamento e extensional, que são caracterizados pelas viscosidades correspondentes e pelo comportamento elástico, que é caracterizado pela medição do módulo ou das taxas de dilatação [1].

A instrumentação correta é fundamental

Para caracterizar totalmente um material, é necessária uma instrumentação que tenha a capacidade de extrair esses parâmetros em uma faixa de temperaturas e taxas de cisalhamento/extensão. Os modernos aparelhos de teste reológico de laboratório podem ser divididos em duas grandes categorias: reômetros rotacionais Kinexus e reômetros capilares Rosand. Além disso, a instrumentação de análise térmica, como a Calorimetria Exploratória Diferencial, a Análise Mecânica Dinâmica e a Análise Termomecânica, também permite valiosos insights sobre as propriedades dos materiais.

No próximo artigo, você saberá como o nosso Reômetro Rotacional Kinexus pode ser usado para caracterizar termoplásticos.

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!