Caracterização térmica

O campo das análises térmicas envolve uma série de técnicas que acompanham mudanças nas propriedades físicas ou químicas de materiais em função da temperatura. A análise térmica tem sido usada como uma ferramenta de controle de qualidade em três principais áreas: caracterização, processamento (otimização e monitoramento) e desenvolvimento de materiais. Neste estudo, foram utilizados os ensaios de Determinação da temperatura de Amolecimento de Vicat, para o PVC e a calorimetria exploratória diferencial, para o Ezeform® .

4.1.1.1 Determinação da temperatura de amolecimento “VICAT”

Se trata de um teste de caracterização térmica em que é verificada a temperatura na qual uma agulha padronizada, quando submetida a uma carga determinada, perfura 1mm na superfície do corpo de prova. Segundo

Canevarolo (2003), a temperatura de Vicat é aquela na qual, durante o aquecimento de um corpo de prova termoplástico a uma taxa constante, uma agulha de ponta chata de 1,000 ± 0,015 mm², sob uma carga fixa, penetra até a profundidade de 1,00 ± 0,01 mm (CANEVAROLO, 2003).

O equipamento de Vicat consiste em um equipamento com um compartimento com óleo de silicone, dentro do qual são colocados vários suportes de carregamento, cada um com sua amostra, agulha, peso fixo e um relógio indicador de penetração (ou um sistema digital de medida), permitindo a realização de até seis medidas simultaneamente.

Os corpos de prova devem ser em chapa plana com espessura de 3 a 6,5 mm, cortadas na forma de um quadrado de 10x10 mm, ou círculo com diâmetro de 10 mm. Quando necessário, dois ou três corpos de prova de espessura fina (<3mm) podem ser sobrepostos para atingir o intervalo de espessura normalizado. Pelo menos dois corpos de prova devem ser testados por amostra de material, obtendo-se um valor médio para a temperatura de amolecimento de Vicat.

Inicialmente foi definido o nível de carregamento e taxa de aquecimento; começou-se o ensaio em temperatura ambiente; colocou-se cada corpo de prova no suporte ajustando-o de forma que cada um ficasse centralizado em cada agulha; diminuindo-se, cuidadosamente, a distância entre a agulha e o corpo de prova (sem o peso adicional) até que entrassem em contato. Posteriormente, os suportes foram postos no forno aplicando o peso; iniciando- se o aquecimento a uma taxa constante; e anotou-se a temperatura quando o marcador registrou a penetração de 1 mm.

O teste foi realizado utilizando o equipamento HDT-VICAT da CEAST, seguindo a norma ANBT NBR NM 82. A taxa de aquecimento foi de 50º C/h e a temperatura inicial: 25 º C.

Para a realização do teste foi utilizada uma carga de 49,54 N, de acordo com a especificação do material, em quatro estações, cada uma com uma amostra de 10mm² de PVC tubular, cortados na direção longitudinal do tubo, e sem as partes de emendas (Fotografia 2). Foi realizado um segundo teste utilizando quatro novas amostras de 10 mm ², com as mesmas especificações anteriores, com a carga de 10 N , distribuídas também em 4 estações.

Fotografia 2 - Corpos de prova de PVC para ensaio de Temperatura de Amolecimento de

Vicat

Fonte: Pesquisa de campo (2013).

Nos dois momentos do teste os oito corpos de prova ficaram submersos em óleo de silicone a 35 mm abaixo da superfície do líquido, com agitador e controle uniforme de acréscimo de temperatura através de sistema automático (Fotografia 3).

Fotografia 3 - Equipamento de ensaio de Temperatura de Amolecimento de Vicat

Fonte: Pesquisa de campo (2013). 4.1.1.2 Calorimetria exploratória diferencial (DSC)

É uma técnica de caracterização de materiais na qual são medidas diferenças de fluxo de calor em uma amostra e em um material de referência enquanto ambos são submetidos a um aquecimento ou resfriamento controlado. Em um instrumento de DSC por fluxo de calor, registra-se a diferença em fluxo de calor durante a amostra e a referência, enquanto a temperatura da amostra é aumentada e diminuída linearmente. A energia dirigida a aquecedores é ajustada continuamente em resposta aos efeitos

térmicos da amostra, mantendo assim a amostra e referência à mesma temperatura. Assim, a área do pico fornece a medida exata da energia necessária para manter ambas à mesma temperatura, independentemente das constantes térmicas do instrumento ou mudanças no comportamento térmico da amostra (CANEVAROLO, 2006).

As principais aplicações da técnica de DSC são: medir as temperaturas de transição vítrea, fusão cristalina e cristalização; medir as características térmicas do material como entalpia de fusão, grau de cristalinidade, calor específico, cinética de cristalização, cura, transições de fases, análise de modificações do material durante o processamento ou durante o uso na forma de produto acabado.

O calorímetro diferencial de varredura opera a uma taxa de aquecimento ou resfriamento de 20°C/min, da temperatura ambiente até 300ºC, com peso da amostra entre 6 e 10 mg.

Submete-se uma amostra a um ciclo térmico padrão. Este consta de uma aquecimento inicial Ti (normalmente ambiente) a taxa constante até Ti=Tm+20ºC, tratamento isotérmico por 5 minutos, resfriamento a taxa constante até Ti e segundo aquecimento a taxa constante (normalmente igual ao usado no primeiro aquecimento) até Tf.

Usando o software do equipamento são determinadas principalmente a temperatura e entalpia de fusão de termoplásticos cristalinos.São traçadas as curvas DSC, com valores de transição e a respectiva entalpia e, por fim, calculada a cristalinidade das amostras testadas.

A técnica empregada objetivou, principalmente, a verificação da temperatura de fusão cristalina do termoplástico de baixa temperatura. Ademais, objetivou-se verificar se as amostras continham um outro material termoplástico de alta temperatura, que poderia ser utilizado com o intuito de modificar o desempenho e o custo do material.

Foram selecionadas 8 corpos de prova de 10mm², de no máximo 10mg, retiradas do centro da placa de Ezeform.

Foi utilizado o aparelho DSC Q 100 (Fotografia 4) , da TA Instruments, com o acessório de refrigeração RCS.

Foram realizados em sequência o primeiro aquecimento, o resfriamento e o segundo aquecimento, sendo a taxa de aquecimento de 20ºC/min, abrangendo a faixa de temperatura entre 23 º C e 210ºC.

Fotografia 4 - Aparelho de calorimetria DSC Q100

Fonte: AGNELLI (2010).