Análise Térmica DinâmicoMecânica
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 = ε0 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 = σ0 sin ω𝑡 + δ
• Onde
σ é a tensão e d o ângulo de fase ou defasagem.
DMTA - Princípio
• Expandindo a equação:
• σ 𝑡 = σ0 sin ω𝑡 cos δ + cos(ω𝑡) sin(δ)
• Então a tensão é composta por duas componentes:
• σ´ 𝑡 = σ0 sin ω𝑡 cos δ , em fase com a deformação e,
• σ´´ 𝑡 = σ0 cos(ω𝑡) sin(δ) , fora de fase.
DMTA - Princípio
• A partir das amplitudes pode-se determinar os módulos de
elasticidade
σ0
𝐸´ = cos δ, em fase com a deformação
ε
𝐸´´ =
σ0
sin δ,
ε
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