Determinação do módulo de elasticidade a torção do Politetrafluoretileno (PTFE) utilizando espectroscopia mecânica

Abstract

Materiais poliméricos são comumente usados em aplicações de engenharia, o que tem motivado pesquisadores a estudarem seu comportamento mecânico e o desenvolvimento de sistemas de medida. O Politetrafluoretileno (PTFE), comercialmente conhecido como Teflon, é um destes polímeros. Devido ao fato de que o PTFE é capaz de realizar funções estruturais específicas e ser submetido a esforços mecânicos cisalhantes, é importante que se conheça o valor do módulo de torção, G, não só para predizer seu comportamento mecânico, mas também para usá-lo como parâmetro de rigidez em projetos. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi apresentar e validar o uso de uma técnica alternativa para determinar o módulo de torção, G, de materiais com ênfase em materiais poliméricos, em particular, o PTFE. Para realizar a medida de G, foi utilizado um sistema mecânico contendo um pêndulo de torção e um sensor de movimento rotativo (SMR) acoplado a ele, que permitisse determinar: a posição angular em função do tempo. Então, uma equação derivada dos estudos de espectroscopia mecânica e da teoria de relaxação foi utilizada para o cálculo de G. A técnica aplicada neste trabalho é considerada como não destrutiva e independe de se conhecer o valor do coeficiente de Poisson do material em estudo. Amostras de diferentes diâmetros de PTFE extrudado foram submetidas a esforços de torção simples variando seu comprimento efetivo, a fim de estudar o seu comportamento à torção. As amostras passaram por análises térmicas para determinar seu grau de pureza, estabilidade térmica e estimar sua porcentagem cristalina. Também foram feitas imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para garantir que as mesmas estão livres de defeitos do processo de extrusão. Os resultados obtidos com essa técnica de medição mostraram que a equação para determinar G é válida e que os valores de G convergem para um valor comum próximo a 350 MPa para uma relação entre comprimento efetivo e diâmetro (L/d) de 10,64. Uma vez que esse valor está dentro dos limites esperados, esta técnica mostrou-se viável, abrindo possibilidade para o estudo de outras amostras poliméricas.

Polymeric materials are commonly used in engineering applications, which has motivated researchers to study their mechanical behavior and development of measurement systems. The Polytetrafluoroethylene (PTFE), commercially known as Teflon, is one of these polymers. Due the fact that PTFE is able to perform a specific structural function and be subjected to mechanical shear stresses, it is important to know the value of the torsion modulus, G, not only to predict its mechanical behavior, but also to use it as a parameter of rigidity in projects. In this way, the main objective of this work was to present and validate the use of an alternative technique to determine the torsion modulus, G, of materials with emphasis on polymeric materials, in particular the PTFE. For this purpose, a mechanical system containing a torsion pendulum and a rotational motion sensor (RMS) coupled to it was used to determine the angular position as a function of time. Then, an equation derived from mechanical spectroscopy and relaxation theory was used for the calculation of G. The technique applied in this work is considered as non-destructive and is independent of knowing the value of Poisson’s ratio of a study material. Samples with different diameters of extruded PTFE were subjected to simple torsional stresses varying their effective length in order to study their torsional behavior. The samples were subjected to thermal analysis to determine their degree of purity, thermal stability and to estimate their crystalline percentage. Images of Scanning electron microscopy (SEM) were also made to ensure that the samples are free of defects from the extrusion process. The results obtained with this measurement technique showed that the equation to determine G is valid and the values of G converge to a common value close to 350 MPa for an L/d ratio of 10.64. As the value is within the expected limits, the technique can be used to study other polymer samples.