Propriedades dos polímeros: a dimensão do tempo
No mês passado, discutimos brevemente a influência da temperatura nas propriedades mecânicas dos polímeros e analisamos algumas das considerações estruturais que regem esses efeitos. Notamos que esse comportamento distingue os materiais plásticos dos metais e os torna intrinsecamente menos previsíveis. Este mês, começaremos a explorar a segunda dimensão do mapa que governa o comportamento desses materiais: o tempo.
Módulo elástico e aparente
O módulo de um material é expresso como o estresse aplicado dividido pela tensão resultante. Em uma folha de dados, isso geralmente é dado para aquela região limitada da curva de tensão-tensão onde os dois valores são proporcionalmente consistentes. Como tal, esse valor é a inclinação da curva de tensão-tensão na região linear da curva e às vezes é referido como módulo tangente ou módulo de Young.
Módulo de secante e estresse específico
Para alguns materiais, um módulo de secante é fornecido. Isso representa uma linha reta traçada da origem a um ponto específico na curva de tensão-tensão, como 1% ou 2%. Isso é feito com mais frequência para materiais como polipropileno e polietileno. Como esses polímeros não exibem comportamento linear em tensão tão alta, a linha traçada corta o canto real da curva de tensão-tensão, e, portanto, o módulo de secante sempre será menor que o módulo tangente.
Tensão e módulo aparente
Quando um material é colocado sob um estresse específico, a tensão inicial depende do módulo do material. Se o estresse for mantido, a tensão aumentará constantemente. Portanto, se calcularmos o módulo uma hora depois, ele parecerá ter diminuído. Se esperarmos mais, digamos 1000 horas, o módulo parecerá ter diminuído ainda mais.
Módulos de creep e tensão
É difícil encontrar gráficos contínuos de módulo versus temperatura ou de módulo aparente em função do tempo. No entanto, uma folha de dados ocasionalmente fornecerá informações sobre uma propriedade conhecida como módulo de creep, associada a um tempo específico. A tabela abaixo fornece um exemplo para um copolímero de acetal não preenchido.
O módulo de tensão pode ser considerado como a resposta instantânea ou de “tempo zero” do material. Os valores do módulo de creep nos dizem algo sobre como o material se comporta sob um estresse constante. O aumento na tensão é proporcional à razão do módulo de “tempo zero” e do módulo de creep. Então, após 1 hora sob um estresse constante, esses valores nos levam a esperar um aumento na tensão de aproximadamente 12,7%. Após 1000 horas, o módulo de creep prevê que a tensão inicial terá aproximadamente dobrado (2758/1352 = 2,04).
Equivalência tempo-temperatura
Se traçarmos o módulo elástico versus temperatura e, em seguida, traçar o módulo aparente em função do tempo em uma escala logarítmica, veremos que as formas das curvas são muito semelhantes. Portanto, se tivermos informações sobre o comportamento dependente da temperatura de um material, poderemos inferir, pelo menos de forma semi-quantitativa, o que ocorrerá com esse material ao longo de um período prolongado sob estresse constante.
Usando técnicas avançadas e o mesmo analisador mecânico dinâmico que empregamos para determinar o comportamento dependente da temperatura de um material, podemos estabelecer relações quantitativas entre tempo e temperatura para qualquer material em uma ampla variedade de condições.
Predição do comportamento a longo prazo
O aspecto mais importante é que podemos alavancar a conexão entre tempo e temperatura para construir experimentos de curto prazo que nos permitam fazer previsões precisas do comportamento a longo prazo sem esperar pelos resultados em tempo real, que podem levar anos para serem obtidos.
O único ponto fraco das medições de módulo aparente é que elas não definem o estresse e a tensão reais nos quais as medições são feitas. O módulo se refere apenas à proporção de tensão para tensão. Como os materiais plásticos produzem curvas de tensão-tensão que mudam de inclinação à medida que avançam do zero até o ponto de ruptura ou rendimento, o quadro está incompleto, a menos que definamos o estresse aplicado. Essa é a terceira dimensão necessária para definir o desempenho de carga a longo prazo de um material. Porém, antes de abordar essa dimensão, ainda temos mais algumas coisas a dizer sobre o tempo, que será explorado no próximo mês.
#Effects #Time #Polymers
Última atualização em 6 de março de 2024
