Aplicação da técnica da nanoendentação no estudo de propriedades mecânicas de superfície de polímeros

Abstract

Resumo: A técnica da nanoendentação foi aplicada no estudo das propriedades mecânicas de superfície de polímeros. Tratando-se de uma técnica recente, buscou-se analisar os pontos principais da utilização da mesma tendo em vista o forte caráter viscoelástico dos polímeros. Através da utilização de diferentes taxas de carregamento e de tempos de aplicação de carga durante um procedimento de penetração, estudou-se a magnitude das variações provocadas pela viscoelasticidade na medida do módulo de elasticidade e da dureza em amostras de polipropileno e poliéster. Testes de fluência também foram realizados nos quais foi analisada a possibilidade de ajuste por um modelo de quatro parâmetros de Maxwell-Voigth. Com isto foram obtidos os parâmetros viscoelásticos com o objetivo de avaliar as amostras quanto a seu comportamento mecânico sob carregamentos de longa duração. Além disso buscou-se estudar modificações das propriedades mecânicas em função de efeitos de radiação, efeitos da inomogeneidade decorrentes do crescimento esferulítico e efeitos sobre as propriedades mecânicas devido a diferentes pesos moleculares em filmes finos. Amostras de polipropileno irradiadas com radiação y foram medidas quanto a suas propriedades mecânicas superficiais em função da dose recebida. Constatou-se um aumento dos valores do módulo de elasticidade de 1,8 para 2,6 GPa e da dureza de 0,10 para 0,15 GPa quando a amostra recebe 25.104Gy de radiação y . Foram mapeadas as propriedades mecânicas superficiais de superestruturas esferulíticas de PHB (poli-hidroxibutirato), não se observando diferenças expressivas entre valores medidos na estrutura e fora dela. Os valores médios para o módulo de elasticidade foram de 4,3 GPa e para a dureza de 0,2 GPa. Filmes de quitosana de pesos moleculares baixo, médio e alto foram avaliados quanto às propriedades mecânicas e à fluência indicando boa aplicabilidade da técnica da nanoendentação a filmes poliméricos relativamente finos (5-10 fim ). Para quitosana mediu-se valores de 3,5 GPa para o módulo de elasticidade e de 0,2 GPa para a dureza. O ajuste da curva de fluência pelo método dos Quatro parâmetros mostrou-se útil na comparação de materiais indicando através da variação dos parâmetros as variações das propriedades mecânicas. Também mostrou boa aplicabilidade a polímeros termoplásticos, termorígidos, polímeros amorfos e semi-cristalinos.

Abstract: The nanoindentation technique was applied to study the mechanical properties of polymer surfaces. Once it is a new technique it was tried to analize the main topics of its use concerning the strong viscoelastic feature of polymers. Using many loading and unloading taxes during an indentation procedure the shift in modulus and hardness of polypropilene and polyester was quantified. Creep tests were also made in wich the possible ajusts of a viscoelastic four element model was studied. The viscoelastic parameters were obtained to study the sample behavior in long time loading. Diferent polymer samples were used to see the technique flexibility. Among them the degradation of polypropilene samples that were exposed to gamma radiation were measured. In this case de modulus was increased from 1.8 to 2.6 GPa and hardness from 0.10 to 0.15 GPa as the sample received 25.104Gy radiation. The superficial mechanical properties were measured in spherulitical structures of PHB (Poly-hidroxybutyrate) without difference betwen values obtained within and without the structure. The mean values for the elastic modulus was 4.3 GPa and for hardness, 0.2 GPa. Quitosan films with low, medium and high molecular weighs were measured turned out the nanoindentation technique to be useful on thin films (5-10 fjm ). In quitosan de modulus was 3.5 GPa and hardness 0.26 GPa. The four element model for creep is good to compare materials properties showing their mechanical properties by variation of their paramétrés.