Caracterização do polietileno de baixa densidade através da técnica de análise dinâmico-mecânica e comparação com a análise por impedância dielétrica

Abstract

Resumo: O presente trabalho exibe o comportamento viscoelástico das amostras de um filme de polietileno de baixa densidade (LDPE), com negro de carbono e sem negro de carbono, nas direções longitudinal e transversal à extrusão através da análise dinâmico-mecânica. Objetivando definir a frequência a ser utilizada, submeteu-se as amostras à uma tensão de tração sob temperatura constante num intervalo de frequência entre 0,01 Hz a 100Hz. As curvas obtidas mostram que a partir de aproximadamente 20Hz o módulo de elasticidade (E') e o módulo de perda (E") mantêm-se constantes. Então definiu-se em 50Hz a frequência de trabalho a ser utilizada nos ensaios seguintes. Prosseguiu-se os estudos através da aplicação da tensão de tração à frequência constante de 50Hz, onde a temperatura variou de -150°C à =105°C. Obteve-se então as curvas do módulo de elasticidade (E') e módulo de perdas (E") as quais revelam a anisotropia do filme. Estes gráficos permitem observar o comportamento viscoelástico bem como as transições de fase do material, estas também vistas através da técnica de calorimetra diferencial por varredura (DSC). Para o material em estudo pode-se observar a ocorrência de relaxação mecânica nas seguintes temperaturas: =-110°C, = -77°C, =-5°C e =40°C. A fim de comprovar a dependência da fluência com a temperatura, realizou-se ensaios de fluência (creep) nas temperaturas de -20°C, 0°C e 20°C do filme de LDPE sem negro de carbono na direção transversal, onde as curvas obtidas mostram que a fluência é mais acentuada em maiores temperaturas. Confrontou-se qualitativamente os resultados com àqueles obtidos em estudos anteriores por Leguenza [14] através da técnica de impedância dielétrica.

Abstract: The viscoelastic behavior of low-density polyethylene (LDPE) films was studied using Dynamical Mechanical Analysis (DMA). The samples were cut in the axial and transverse direction of the drawing during the material's manufacturing. The samples contained 3% of carbon black and no filler. All the tests were performed under simultaneous dynamic and static loads, the latter in the 1.0N - 1.5N, typically. The optimum frequency to be used was set by testing the polymer under constant temperature (20°C) in the interval 0,01 Hz - 100Hz. Setting the frequency at 50 Hz the temperature was varied in the range -150°C to +105°C to obtain elastic modulus (E') and loss modulus (E") curves. The data allowed the detection of the phase transitions and characterize the viscoelastic behavior of the polymer. A good agreement with Differential Scanning Calorimetry (DSC) data was observed. For the material in study the transitions occurrence can be observed mechanics in the following temperatures: -110°C, -77°C, -5°C and 40°C. To complement these studies creep tests were carried out at -20°C, 0°C and 20°C of the film of LDPE without carbon black in the transversal route, where the gotten curves show that the fluency more is accented in bigger temperatures. The Dynamical Mechanical data were compared and discussed with those obtained by Dielectric Thermal Analysis using the same material.