Análise Térmica Dinâmico-Mecânica

1. Análise Térmica Dinâmico-Mecânica DMTA

2. DMTA • Técnica que permite determinar parâmetros relacionados ao comportamento elástico e viscoso dos materiais e como esses parâmetros modificam-se com a temperatura do meio • O comportamento elástico é aquele em que a energia da solicitação é conservada na reação mecânica do material. A resposta também é instantânea. • O comportamento viscoso é aquele em que a energia da solicitação é dissipada no material (em geral por transformação em energia térmica). A resposta é atrasada. • Muito mais sensível para algumas transições que a DSC

3. Materiais visco-elásticos • Apresentam comportamento elástico e viscoso (parte da energia da solicitação retorna como reação e parte é dissipada) • A maioria dos materiais poliméricos são visco-elásticos • Essas propriedades mecânicas também mudam com a temperatura, em particular quando transições como a Tg são atingidas

4. DMTA – princípio da técnica • O material é exposto a uma solicitação cíclica (senoidal) • O componente elástico leva a uma resposta em fase • O componente plástico leva a uma resposta fora de fase (90o)

5. Modos de deformação

6. DMTA - Princípio • A partir de uma solicitação cíclica, como uma deformação: • Onde ε(t) é a deformação num dado tempo ε(0) é a deformação na amplitude máxima é a frequência da oscilação e t é o tempo • A resposta (tensão) do material também será cíclica, como a tensão: • Onde σ é a tensão e d o ângulo de fase ou defasagem.

7. DMTA - Princípio • Expandindo a equação: • Então a tensão é composta por duas componentes: • , em fase com a deformação e, • , fora de fase.

8. DMTA - Princípio • A partir das amplitudes pode-se determinar os módulos de elasticidade , em fase com a deformação , fora de fase com a deformação • E´ é o chamado módulo de estocagem e E´´ módulo de perda. • E*, o chamado módulo de elasticidade complexo do sistema e é dado por E*= E´+ iE´´

9. DMTA - Princípio • Outro parâmetro fundamental é chamada tangente de perda, tan(δ), também chamada de amortecimento ou atrito interno: • As mesmas relações valem para módulos de cisalhamento (G)

10. Variação de E´, E´´ e tan(δ) em materiais políméricos • Esses parâmetros variam com a temperatura e as transições podem ser visualizadas tanto nas curvas de E´e E´´ versus a temperatura, mas são particularmente visíveis nas curvas de tan(δ)

11. Aplicações em polímeros • Sistemas monofásicos • Ex.: variação da Tg em blendas miscíveis (ou plastificantes)

12. Sistemas polifásicos • Blendas imiscíveis com composição variável

13. Preparação do corpo de prova • Moldagem por fusão • Vantagens: rápida, dimensões desejadas • Desvantagens: degradação, orientação • Evaporação de soluções concentradas • Sistemas monocomponente, solúvel • Solvente residual pode ser um problema • Remoção do produto acabado • Ideal, mas nem sempre possível

14. Condições do ensaio • Faixa de temperatura • Conhecimento da região das transições, ou testar a faixa toda • Faixa de frequência de oscilação • 1Hz, em geral • Ensaios para testar a influência da frequência • Amplitude máxima de oscilação • Importante para a razão sinal/ruído • Deformação muito grande pode ultrapassar a faixa de plasticidade linear • Taxa de aquecimento • Polímeros são maus condutores de calor: quanto mais baixa a taxa, melhor • Compromisso com tempo do experimento

15. Calibração Quase-estática Comparação do termopar do aparelho com termômetro calibrado Dinâmica Padrões dentro de tubos plásticos Em geral usa-se a temperatura de fusão