Reologia dos Materiais - Lista 2 (2021 1)

Prévia do material em texto

1 – Sacos plásticos de PP e de PE são produzidos por processo tubular de filmes
soprados. Tanto o PP quanto o PE são soprados para cima. Verdadeiro ou falso?
Justifique sua resposta.
Falso. Os polietilenos são soprados para cima devido ao comportamento de
endurecimento sob tensão, devido a não uniformidade da fibra, enquanto os
polipropilenos são soprados para baixo devido ao comportamento de amolecimento
sob tensão, devido a uniformidade da fibra.
2 – Duas poliamidas 6,6 produzidas de lotes diferentes resultaram em valores
diferentes de viscosidade. A poliamida do lote 1 resultou em viscosidade de 1500
Pa.s e a poliamida do lote 2 a viscosidade foi de 700 Pa.s. Qual teste em regime
oscilatório seria útil para estimar qualitativamente a massa molar e distribuição da
destas poliamidas? Explique.
Se tivermos um reômetro para obter o módulo elástico (G’) e módulo viscoso (G”)
em regime oscilatório e plotar esses valores em função da frequência, podemos
qualitativamente estimar qual deles tem PM maior (curva mais à esquerda), PM
menor (curva mais à direita), DPM estreito (curva mais acima) ou DPM mais largo
(curva mais abaixo).
3 – Para predizer o comportamento reológico e também defeitos de processamento
em uma bateria de carro de polipropileno com negro de fumo que será processado
por injeção qual o reômetro e ensaio reológico adequados?
Como o polipropileno é um polímero do tipo poliolefina, a determinação do índice de
fluidez se configura como uma medida reológica simples, barata e com boa repetibilidade,
sendo empregada há mais de 40 anos, permitindo fazer o controle de qualidade da
matéria-prima e auxiliando a determinar o tipo de processamento adequado. Para aplicá-la,
utilizamos um Medidor de Índice de Fluidez (ou plastômero), que é um tipo de reômetro
capilar operado por pressão imposta, que trata-se de um barril aquecido com um pistão que
é acionado por uma carga (peso) padrão. Nesse tipo de ensaio é medido a massa que flui
pelo capilar durante o período de 10 minutos, e para o PP devem ser adicionados 2,16 kg
de polímero a 190 °C. Como o exercício não diz se a densidade do polímero é conhecida,
será recomendado os métodos A, B ou AB da norma ASTM D1238-13, sendo o A o mais
barato e o B ou AB mais indicados para laboratórios muito ocupados, visto que não são
processos 100% manuais.
4 - O que é reometria? Cite quais as reometrias foram comentadas em aula.
Estuda a forma de obter as medidas reológicas por meio da definição e aplicação
das geometrias e dos equipamentos adequados para os diferentes fluidos. A
Reologia é definida como o estudo do fluxo e deformação da matéria, que descreve
a inter-relação entre força, deformação e tempo. Reometria Capilar, Reometria
Rotacional (ou Deformacional) e Reômetria de Torque.
5 - Reometria capilar:
(a) Quais os tipos de reômetros que são classificados em reometria capilar?
Reômetros capilares operados por controle de vazão (reômetro capilar) e Reômetros
capilares operados por pressão imposta (plastômero ou medidor de índice de
fluidez).
(b) Explique como cada um funciona e o que medem.
Reômetros capilares operados por controle de vazão: o polímero fundido é
continuamente extrudado através da matriz capilar, forçado pela descida de um
pistão em um perfil de velocidades (diferentes taxas de cisalhamento) dentro do
reservatório cilíndrico. Mede-se as pressões exercidas no pistão (diferentes tensões)
para forçar a coluna de fluido no barril a passar através do capilar. As viscosidades
são obtidas pela relação da tensão por taxa de cisalhamento.
Reômetros capilares operados por pressão imposta: uma carga constante é aplicada
no topo da coluna e mede-se a vazão volumétrica do fluido a esta carga imposta.
(c) Na aula foram explicadas três correções para realizar as medidas de viscosidade
no reômetro operado por controle de vazão (reômetro capilar). Explique cada uma
destas correções e quando devem ser utilizadas.
Correção de Rabinowitsch: em fluidos não-newtonianos há uma distorção no perfil
de velocidades parabólico devido à dependência da viscosidade com a taxa de
cisalhamento, sendo necessário corrigir o perfil de velocidades. A correção
considera fluxo não-newtoniano levando em consideração a taxa de cisalhamento
“real” na parede.
Correção de Bagley: Na entrada do capilar ocorre uma queda de pressão na entrada
do capilar devido ao regime turbulento para os fluidos não-newtonianos que poderia
ser entendido como um aumento fictício no comprimento real do capilar. A correção
calcula o comprimento do capilar necessário para obter um fluxo completamente
desenvolvido.
Correção de Atrito no Barril: em polímeros de baixa viscosidade é preciso levar em
consideração o efeito da força de atrito entre o barril e o pistão na força total do
pistão. Para realizar esta correção realiza-se o ensaio com o barril vazio,
posteriormente realiza-se o ensaio com o polímero no estado fundido. Então
desconta-se as forças (tensões) adquiridas no ensaio com o barril vazio das forças
(tensões) medidas com o polímero no estado fundido.
6 – Reometria rotacional:
(a) Quais são as propriedades reológicas o reômetro rotacional mede?
Propriedades em regime permanente de cisalhamento: viscosidade a baixas taxas e
primeira diferença de tensões normais.
Propriedades em regime oscilatório: viscosidade complexa, módulo elástico G’(ω) e
módulo dinâmico G’’(ω).
Propriedades em regime transiente: fluência e recuperação, acúmulo de tensões e
relaxamento.
(b) Quais as geometrias mais utilizadas?
Placa-placa ou Placas paralelas, Cone-placa e Cilindros concêntricos ou Couette.
(c) Quais os diâmetros e ângulos mais utilizados para realizar estas medidas?
ø 2, 4 e 6 cm, onde quanto mais viscoso o material, menor o diâmetro. Os ângulos
utilizados na geometria cone-placa devem ser menores que 4º.
(d) Por que são realizadas medidas utilizando diâmetros e ângulos diferentes?
Utiliza-se diâmetros e ângulos diferentes, pois quanto maior o diâmetro, maior a taxa
de cisalhamento. O mesmo ocorre para ângulos, porém quanto menor ele for, maior será a
taxa de cisalhamento.
7 – O reômetro de torque fornece uma curva de viscosidade versus taxa de
cisalhamento. Esta afirmação é verdadeira? Justifique e desenhe a curva.
Falso: 1 - Torque para a compactação ou carregamento do material no estado sólido.
2 - Torque para fundir o polímero - altura do pico: quantidade de energia para fundir
o material. 3 - Estabilização do torque
8 - Desenhe uma curva típica de viscosidade de colóides poliméricos e descreva os
comportamentos em cada região.
9 - Explique 3 fatores que interferem na viscosidade de soluções coloidais
concentradas.
Características físicas das partículas: distribuição granulométrica, formato, área
superficial, etc.
Tipo de interação entre as partículas: atração ou repulsão
10 - Escreva as equações, comente e cite dois modelos que descrevem o
comportamento de viscosidade de colóides.
11 - Você acabou de realizar o teste de aplicação de três tintas de lotes diferentes que
contém a mesma formulação e portanto, possuem a mesma resina polimérica. A tinta
1 apresentou escorrimento, a tinta 2 resultou em uma cobertura perfeita e a tinta 3
apresentou alastrabilidade. Considerando os comportamentos reológicos destas
tintas, por que ocorreu esta diferença? Como seria possível predizer estas diferenças
por meio de ensaios reológicos?
As tintas podem ser aplicadas com diferentes instrumentos, que expressam
diferentes taxas de cisalhamento, como é o caso do pincel e do spray. o
escorrimento expressa uma taxa de cisalhamento menor do que o adequado,
enquanto a alastrabilidade expressa uma taxa de cisalhamento maior do que o
adequado. O comportamento das tintas podem ser previstos pelos ensaios de
histerese, sendo que os resultados mais satisfatórios são encontrados nas tintas que
apresentam menor área delimitada pelas curvas.