A temperatura é um dos fatores que mais influenciam o uso dos materiais poliméricos. Conhecer a faixa adequada deste parâmetro para a aplicação de cada tipo de material é de extrema importância para um bom desempenho e prevenção de falhas.
Por que determinar a temperatura de trabalho dos polímeros?
A temperatura é um fator limitante no uso de polímeros em relação às demais classes de materiais. A maior parte dos polímeros não suportam temperaturas de trabalho muito elevadas, portanto é necessário determinar as faixas de temperatura onde estes materiais estão aptos à desempenhar boas propriedades, principalmente mecânicas.
Figura: Imagem ilustrativa de um termômetro.
Polímeros amorfos perdem estabilidade estrutural quando atingem sua temperatura próximas à sua temperatura de transição vítrea (Tg). Já polímeros semicristalinos apresentam perda de estabilidade estrutural ao atingirem temperaturas próximas à sua temperatura de Fusão (Tm). Portanto, ter conhecimento sobre a faixa de temperatura onde estas transições térmicas ocorrem, é de extrema importância para determinar a faixa de temperatura de trabalho de cada tipo material.
Quais os problemas causados por uma temperatura inadequada de trabalho?
Quando um polímero é utilizado acima de sua temperatura de trabalho, ele fica susceptível a falhas mecânicas devido ao efeito da temperatura em sua estrutura molecular. O aumento da temperatura fornece energia ao material, fazendo com que as cadeias moleculares ganhem mobilidade, fazendo com que o módulo de elasticidade, por exemplo, reduza e, consequentemente, perda de propriedades mecânicas.
Além disso, temperaturas mais altas do que o recomendado pode acelerar o processo de degradação, causando problemas como a redução da massa molar dos polímeros e a alteração nos aspectos visuais, como mudança de cor, amarelamento, surgimento de manchas e alteração de brilho.
Da mesma forma, o uso do material em temperaturas abaixo do recomendado pode causar fratura frágil no produto, visto que, com a diminuição da temperatura, o material tende a se tornar mais rígido e perder em propriedades como a resistência ao impacto.
Quais ensaios são utilizados para determinar a temperatura de trabalho dos polímeros?
Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC)
A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) é o principal ensaio utilizado para a determinar as regiões onde as transições térmicas do material ocorrem. O equipamento utilizado nesta análise é capaz de medir as variações energéticas, enquanto submete a amostra à uma varredura de temperatura em função do tempo.
Este ensaio torna possível identificar a faixa de temperatura onde ocorre a temperatura de transição vítrea (Tg) e a Fusão dos polímeros semicristalinos (Tm), ambas transições térmicas importantes para os materiais poliméricos. A partir destas informações é possível estipular uma faixa de temperatura adequada de trabalho para cada material, garantindo uma aplicação efetiva.
Figura: Gráfico teórico de uma análise de DSC
Temperatura de Deflexão Térmica (HDT)
O ensaio HDT consiste em submeter a amostra polimérica à uma carga de flexão constante durante o aumento de temperatura a uma taxa de aquecimento pré-definida, padronizada por norma.
A Temperatura de Deflexão Térmica é determinante na estabilidade mecânica dos polímeros, uma vez que a temperatura de trabalho deve sempre ser inferior à ela.
Alguns aditivos têm influência preponderante na Temperatura de Deflexão dos materiais poliméricos. Vale ressaltar que aditivos como plastificantes, dependendo da quantidade utilizada, podem causar quedas consideráveis na HDT, reduzindo a temperatura de trabalho destes materiais.
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