Análise Térmica Dinâmico-Mecânica DMTA

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

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

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)

Modos de deformação

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

DMTA - Princípio Expandindo a equação: σ 𝑡 = σ 0 sin ω𝑡 cos δ + cos (ω𝑡) sin (δ) Então a tensão é composta por duas componentes: σ´ 𝑡 = σ 0 sin ω𝑡 cos δ , em fase com a deformação e, σ´´ 𝑡 = σ 0 cos (ω𝑡) sin (δ) , fora de fase.

DMTA - Princípio A partir das amplitudes pode-se determinar os módulos de elasticidade 𝐸´= σ 0 ε cos δ , em fase com a deformação 𝐸´´= σ 0 ε sin δ , 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´´

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

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)

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

Sistemas polifásicos Blendas imiscíveis com composição variável

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

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

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