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:

• Onde ε(t) é a deformação num dado tempoε(0) é a deformação na amplitude máxima é a frequência da oscilação et 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.

DMTA - Princípio

• Expandindo a equação:

• Então a tensão é composta por duas componentes:• , em fase com a deformação e,• , fora de fase.

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´´

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)

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

CalibraçãoQuase-estática

Comparação do termopar do aparelho com termômetro calibrado

DinâmicaPadrões dentro de tubos plásticosEm geral usa-se a temperatura de fusão