Estudo do comportamento termomecânico de materiais poliméricos com características de "memória" em estado de não equilíbrio termodinâmico

Abstract

O presente trabalho pode ser considerado como uma primeira tentativa de investigar e caracterizar um material polimético com "energia armazenada" e também de observar, através de técnicas de TMA e DSC, o "comportamento de memória" e as características de estado termodinâmico em não equilíbrio de um material com memória. A metodologia utilizada para viabilizar este trabalho foi primeiramente o estudo dimensional da deformação de pequenas amostras de polietileno (PE) e polipropileno (PP) seguida por estudo de múltiplos ciclos térmicos, utilizando TMA e DSC como técnicas de caracterização. Observou-se que a deformação não linear destes polímeros, por aplicação de forças de compressão, na região intermediária entre suas Tg e Tm respectivas, produz sistemas com energia armazenada. Foi possível observar, através deste procedimento, transições artificiais relacionadas à mudanças irreversíveis da capacidade térmica (Cp) pedo coeficiente de expansão térmica linear. O processo de recuperação termomecânica e a "memória termomecânica" dos sistemas sob estudo foram aspectos também abordados neste trabalho. Os resultados obtidos através das técnicas de DSC e TMA permitiram uma clara diferenciação entre o comportamento dos materiais com energia armazenada devido à deformação mecânica e materiais relaxados através de aquecimento até a fusão, seguida por resfriamento até a temperatura inicial.

This study can be considered as a first attempt to investigate and characterize a polymeric material with “stored energy”. The “memory behaviour” and the characteristics of the non-equilibrium thermodynamic state of materials with memory like polyethylene (PE) and polypropylene (PP) are investigated using TMA an DSC techniques. The methodology used are the follows: first, the dimensional deformation study of small PP and PE probes produced through application of well defined forces and second, the study of the deformed probes through a series of consecutive cycles of the temperature scanning up to a maximum value and cooling it down the initial temperature using TMA and DSC techniques. It was found a nonlinear deformation of polymers like polyethylene and polypropylene, through application of pressure in the range between the glass transition and the melting temperature, produce systems with stored energy. Studies of the deformed probes by the above procedure showed artificial transitions related to irreversible changes of the thermal capacity (Cp) and the linear thermal expansion coefficient. The thermomechanical recuperation process and the “thermomechanical memory” of the materials under investigation have been observed.