Propriedades Termicas

Propriedades Térmicas

Condutividade térmica: Mede a quantidade de calor transferido, por unidade de tempo, através de uma camada unitária de espessura, quando a temperatura sofre uma variação de 1 grau. Mede a capacidade do material em transferir ou conduzir calor.

Unidade : cal/ cm. s . ºC

Obs.: Quanto maior a % de cristais na estrutura, maior organização, melhor condução de calor.

Calor específico: É a quantidade de energia necessária para elevar de 1 grau a temperatura de uma determinada massa de material.

Unidade: cal / g. ºC

Obs.: Depende da mobilidade dos segmentos moleculares.

Coeficiente de expansão térmica: Mede as variações dimensionais causadas pelas mudanças de temperatura.

Avalia o acréscimo de volume necessário para acomodar átomos e moléculas, que devido ao aquecimento estão vibrando mais rápido e com maior amplitude (aumento do comprimento das ligações e tamanho dos átomos ).

É de fundamental importância quando no uso conjunto de polímeros com diferentes dilatações térmicas.

A dilatação térmica nos polímeros é muito maior em relação aos materiais metálicos e, isto pode ser explicado por que a mobilidade dos segmentos macromoleculares, em que os átomos estão unidos por ligações covalentes, é muito mais pronunciada do que no caso das ligações iônicas , presentes nos metais e nos materiais cerâmicos.

Unidade: ºC -1

Temperatura de Transição vítrea (Tg): Indica a temperatura na qual ocorre a perda de mobilidade das regiões amorfas durante o resfriamento.

Ocorre nas regiões amorfas . Abaixo da Tg as cadeias moleculares perdem a mobilidade e não possuem energia necessária para se deslocarem uma em relação à outra. Abaixo da Tg os materiais amorfos são duros, rígidos e quebradiços. Todas as borrachas tem Tg abaixo da temperatura ambiente. As ramificações na cadeia aumentam a mobilidade e assim, abaixam a Tg do material.

Temperatura de Fusão cristalina (Tm): É a temperatura na qual a estrutura semi-cristalina passa para o estado amorfo.

Ocorre nas regiões cristalinas. É a temperatura na qual as regiões cristalinas são destruídas ou são desagregadas e se fundem. Acima da Tm, o polímero é um material fundido, pastoso e se encontra no estado amorfo.

Fatores que afetam a Tg e Tm

Todos os fatores que aumentam as forças intermoleculares e a rigidez das cadeias poliméricas aumentam a Tg e Tm.

• Maior a polaridade de um polímero = maior a interação = maior Tg e Tm

• Maior a distância entre os grupos polares = menor a interação = menor Tg e Tm

• O tamanho dos cristais está diretamente ligado à história térmica do polímero e influencia na Tm.

• Os aditivos agem diminuindo as forças intermoleculares. Devido à maior facilidade de difusão destes nas regiões amorfas, a Tg é mais afetada do que a Tm.

• Presença de grupos químicos tornam a cadeia mais rígida = maior Tg e a Tm.

• O oxigênio presente na cadeia torna-a mais flexível = menor Tg.

• Maior rigidez = maior Tg e Tm (PET/OS/PES)

• Material apolar = menor Tg e Tm (PE)

Temperatura de distorção ao calor (HDT - Heat Distortion Temperature): é a temperatura a partir da qual o escoamento viscoso do polímero é mais acentuado. Permite avaliar a adequação ou não, do material à aplicação desejada. Quanto mais alta for esta temperatura, maior será a resistência à deformação pelo calor.

Nos materiais termofixos não ocorre distorção por aquecimento pois, à medida que a temperatura vai sendo aumentada, ocorre a reticulação da cadeia e uma degradação progressiva do material.

Caloria Diferencial de Varredura – DSC

Detecta-se as mudanças nas propriedades físicas e químicas das substâncias, medindo-se a quantidade de calor envolvida na transformação e a correspondente temperatura.

Este ensaio pode ser aplicado com as seguintes finalidades

• Investigar propriedades térmicas :

Exemplos : Transição vítrea, fusão, cristalização, degradação, ponto de ebulição e as respectivas entalpias.

• Caracterização de materiais inorgânicos, biológicos e orgânicos

• Grau de pureza das substâncias.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A amostra e a referência são aquecidas e o que se mede é a diferença de temperatura, podendo convertê-la em diferença de calor.

EQUIPAMENTO

O equipamento é constituído basicamente de forno, detetor diferencial de temperatura, programador e controlador de temperatura, registrador e de sistema para controle da atmosfera.

Tipos de Equipamentos:

DSC - Fluxo de calor: Mesmo calor - mede as temperaturas diferentes.

A amostra e referência são aquecidas pela mesma fonte e mede-se a diferença de temperatura entre ambas, podendo-se converter esta diferença em quantidade de calor.

DSC - Compensação de calor: mesma temperatura – compensa aumentando ou diminuindo o calor.

A amostra e a referência são aquecidas individualmente. O controle de temperatura é realizado por dois sistemas onde o primeiro controla a temperatura média entre a amostra e a referência e o segundo garante que se ocorrer diferença de temperatura a potência dos aquecedores será ajustada de forma a manter uniforme as duas temperaturas. Monitora-se então, a diferença de potência