Estudo reológico de misturas de PPO/PS com Vectra B950

Filipe et al., e-rheo.pt, 1 (2001) 27-40
ESTUDO REOLÓGICO DE MISTURAS DE PPO/PS
COM VECTRA B950
S. Filipe (1, 2) *, J. M. Maia (1), M. T. Cidade(2), M. Ueki (3), J. S. Cintra Filho (3)
(1) Departamento de Engenharia de Polímeros, Universidade do Minho, Guimarães, Portugal.
Fax: +351-253510249; Tel.:+351-25310245
(2) Departamento de Ciência dos Materiais e CENIMAT, Faculdade de Ciências e Tecnologia,
Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, Portugal. Fax:+351-212954464; Tel.: +351212948584
(3) Departamento de Engenharia de Materiais, Universidade Federal de São Carlos, São Paulo, Brasil.
Fax: +55-16-2615404; Tel.: +55-16-2608245
e-mails: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
* - Corresponding author
Palavras chave: Reologia, Misturas termoplástico/Polímero Líquido-Cristalino
Nomenclatura: η – Viscosidade de corte
*
η – Viscosidade complexa
ω – Frequência
Resumo:
A produção de termoplásticos de engenharia com propriedades mecânicas melhoradas é
usualmente atingida pela adição de fibras de vidro. Este procedimento leva ao aumento da viscosidade,
o que origina problemas ao nível do processamento, tais como degradação térmica e aumento de
energia consumida, entre outros. Sabe-se que a adição de pequenas quantidades de PLC à matriz de TP
origina um decréscimo da viscosidade, relativamente à do termoplástico puro. Além disso, a inserção
de polímeros líquido-cristalinos na matriz termoplástica conduz a uma melhoria das propriedades
mecânicas. A redução da viscosidade nestas misturas é promovida pela formação de estruturas
fibrilares de PLC orientadas segundo a direcção do fluxo, pelo que a reforço mecânico ocorre
preferencialmente nesta direcção. No entanto, dada a habitual imiscibilidade entre os componentes da
mistura, verifica-se que existe incompatibilidade entre fases, ocorrendo fenómenos de remoção dos
fibrilos de LCP. A adesão entre o PLC e o TP pode ser melhorada com a adição de compatibilizantes,
sendo a morfologia final da misturas marcadamente dependente das condições de processamento
(temperatura, velocidade do parafuso) e também da razão de viscosidades dos componentes puros. A
formação de estruturas fibrilares de PLC ao longo da matriz termoplástica é mais notória para misturas
onde a viscosidade do PLC é menor do que a viscosidade do TP.
Neste trabalho estudaram-se reológicamente misturas de PPO/PS com Vectra B950, com o
intuito de avaliar a influência da temperatura de processamento no desempenho das misturas A adição
de PLC ao PPO/PS leva ao decréscimo da viscosidade, embora isso só se verifique para temperaturas
superiores a 290ºC (acima da temperatura de transição do PLC).
1
INTRODUÇÃO
Nos últimos anos têm vindo a desenvolver-se técnicas para a síntese de resinas de elevado
desempenho, i.e., com rigidez e resistência acrescidas. O reforço mecânico dos termoplásticos
pode ser conseguido através da adição de aditivos rígidos in-situ, tais como fibras de vidro,
mas este procedimento leva ao aumento brusco da viscosidade, com os consequentes
27
Filipe et al., e-rheo.pt, 1 (2001) 27-40
problemas ao nível do processamento. Deste modo, as misturas de termoplásticos com
polímeros líquido-cristalinos têm vindo a ser estudadas como uma possível
alternativa/complemento àquelas.
A adição de pequenas quantidades de PLCs aos termoplásticos pode facilitar o
processamento e melhorar as propriedades mecânicas destas misturas, relativamente aos
polímeros convencionais. Para além disso, a criação de uma microestrutura pode aumentar
quer a estabilidade térmica quer a estabilidade dimensional. Também se sabe que o LCP actua
como um agente nucleante do termoplástico, favorecendo o processo de cristalização [1].
Uma vez que os polímeros líquido-cristalinos são imiscíveis com os termoplásticos, as
misturas resultantes são bifásicas. A fase de PLC existe sob a forma de pequenos agregados
esféricos ou estruturas fibrilares dispersas na matriz isótropa de termoplástico. O PLC tem
tendência a orientar-se preferencialmente na direcção do escoamento, pelo que a morfologia
resultante é essencialmente do tipo skin-core. Na zona superficial (skin) o PLC existe sob a
forma de fibrilos enquanto que na região central (core) existe sob a forma de estruturas
globulares. A formação de fibrilos de PLC pode ser explicada tendo em conta que este
polímero tem tendência a orientar-se segundo a direcção de escoamento. A criação deste tipo
de estrutura depende das condições de extrusão (temperatura, velocidade do parafuso) e
também das propriedades reológicas dos materiais usados (adesão interfacial, razão de
viscosidades). A interacção entre as fases e o modo de dispersão são também factores a
considerar. A orientação do PLC é retida após o processamento, resultando numa melhoria de
algumas propriedades mecânicas, tais como o módulo elástico e a resistência à tracção. Isto
apenas é possível devido ao facto dos PLCs serem fases intrinsecamente orientadas que
podem ainda sofrer uma maior orientação em escoamento e que, além disso, têm a
particularidade de relaxar muito lentamente devido à rotação dos agregados moleculares [2].
O comportamento reológico dos polímeros líquido-cristalinos é bastante distinto do
previsto para os polímeros flexíveis. As curvas de fluxo podem mostrar três regiões distintas,
tal como proposto por Onogi e Asada (1980) [3]. A baixas taxas de corte (região I na
terminologia de Onogi e Asada), a estrutura do PLC pode ser descrita como um conjunto de
domínios empilhados e o comportamento reofluidificante observado pode ser atribuído à
possível orientação molecular dentro de cada domínio. Para taxas de corte intermédias (região
II), os PLCs apresentam um patamar, no qual é observado um comportamento quasiNewtoniano. Nesta região o PLC pode ser representado por um polidomínio disperso, no qual
se verifica a orientação completa das moléculas dentro de cada um dos domínios que restam
(nesta região o número de domínios discretos é menor devido à coalescência dos domínios
vizinhos). Para taxas de corte mais elevadas (região III), os restantes domínios discretos
desaparecem e a estrutura do PLC pode ser descrita como um monodomínio (fase contínua),
onde a orientação molecular é tanto maior quanto maior a taxa de corte a que o material está
sujeito. Para estas taxas de corte desenvolve-se pois, uma segunda região reofluidificante.
Este comportamento foi experimentalmente verificado para o Vectra B950 [4] e para o Vectra
A900 [5].
A morfologia final apresentada nas misturas de termoplásticos com polímeros líquidocristalinos depende das propriedades reológicas dos componentes puros. Para misturas onde o
PLC apresente uma viscosidade maior do que a do termoplástico, obtém-se uma morfologia
na qual o PLC existe essencialmente sob a forma de agregados esféricos ou gotas e a
caracterização reológica revela que se obtém um mínimo de viscosidade para as misturas com
baixas percentagens em PLC (usualmente, 10% P/P) [6]. Quando a viscosidade da fase
dispersa (PLC) é menor do que a do termoplástico, a fase de LCP tem tendência a formar
estruturas fibrilares que se distribuem ao longo da matriz de termoplástico. Neste caso, a
viscosidade das misturas encontra-se entre a viscosidade dos componentes puros [7].
28
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Gi Dae Choi et al. [7] estudaram o efeito da composição da matriz nas propriedades
reológicas, mecânicas e morfológicas das misturas de PPO/PS com Vectra B950. Neste
estudo foram realizados ensaios dinâmicos ( η * vs ω ) a 300ºC para todas as misturas, tendo-se
concluido que a razão de viscosidades entre o LCP e o TP variava com a composição da
mistura de PPO/PS, originando diferenças consideráveis ao nível reológico, morfológico e
mecânico.
Por outro lado, Marcelo Ueki et al [8] estudaram a influência do conteúdo em PLC (Vectra
B950) nas propriedades mecânicas (módulo de flexão) de misturas de PPO/PS, utilizando,
para o efeito, placas obtidas por moldação por injecção. Neste trabalho, os autores concluiram
que a adição de PLC (Vectra B950) ao termoplástico (PPO/PS) leva ao aumento do módulo
de flexão, embora este efeito só seja observado na direcção do fluxo.
No presente trabalho efectuou-se o estudo reológico, em regime dinâmico, de misturas de
PPO/PS com Vectra B950, de modo a estabelecer a influência da temperatura nas
propriedades reológicas dos materiais. Os ensaios reológicos permitiram estabelecer a gama
de temperaturas na qual é adequado processar estas misturas, considerando os benefícios da
adição de PLCs aos termoplásticos.
2
EXPERIMENTAL
2.1
Materiais
Os materiais usados para a fase contínua foram o PPO e o PS (Polystyrol 145D)
(gentilmente cedidos pela General Electric e BASF, respectivamente). O PLC usado para a
preparação das misturas foi o Vectra B950 da Hoechst Celanese.
2.2
2.2.1
Preparação das misturas
Preparação das misturas de PPO/PS
Os componentes puros foram previamente secos num forno a 80ºC, 12 h antes de serem
processadas as misturas. A mistura de PPO/PS foi feita na proporção 1:1 (P/P).
O equipamento usado para a preparação das misturas foi uma extrusora duplo-fuso corotativa APV Baker MP 19TC e o alimentador utilizado foi um Brabender DSR-28. Após
extrusão o extrudido foi imediatamente arrefecido em banho de água e granulado, utilizando
para o efeito um granulador DDD-1 mini-pelletizer.
2.2.2 Preparação das misturas PPO/PS com Vectra B950
O PPO/PS e o Vectra B950 foram previamente secos num forno durante 12h a 80ºC e a
120ºC, respectivamente. A preparação das misturas com 10% P/P, 25% P/P e 40% P/P foi
levada a cabo numa extrusora duplo-fuso co-rotativaetrante ZSK 30 Werner&Pfleiderer.
O extrudido foi imediatamente arrefecido num banho de água e posteriormente peletizado
usando um granulador Conair Jetro 304. A velocidade do parafuso usada para a preparação
das misturas foi de 150 rpm.
29
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2.3 Caracterização reológica
As medições reológicas em regime estacionário e em fluxo das misturas e dos
componentes puros foram levadas a cabo num reómetro rotacional Reologica StressTech HR.
A região de viscoelasticidade linear foi obtida previamente medindo a dependência de G’ e
de G’’ relativamente à tensão. Os ensaios em regime oscilatório foram efectuados numa gama
de frequências entre 0,01 e 316 Hz para uma deformação de 10% e um gap de 1 mm. Estes
ensaios foram realizados para os componentes puros e para as respectivas misturas a 280ºC,
290ºC, 300ºC e 310ºC.
3
3.1
RESULTADOS
Propriedades reológicas
Os ensaios reológicos efectuados entre 280ºC e 310ºC revelaram que a mistura de PPO/PS
mostra um comportamento Newtoniano para frequências baixas e intermédias, seguido por
um decréscimo contínuo da viscosidade para frequências mais elevadas, o que é aliás o
comportamento esperado para um termoplástico.
A curva de fluxo apresentada pelo PLC, a 280ºC e a 290ºC, revela um comportamento
reofluidificante em toda a gama de frequências em estudo, como pode ser observado nas
figura1(a) e 1(b), respectivamente. No entanto, para temperaturas mais elevadas pode
observar-se uma curva com duas regiões - uma zona reofluidificante para baixas taxas de
corte, seguida de um patamar quasi-newtoniano para taxas de corte mais elevadas (região I e
II, na terminologia de Onogi e Asada). Este comportamento pode ser verificado através da
figura 1(c). Para temperaturas inferiores a 290ºC a viscosidade do PLC é sempre maior do que
a da matriz termoplástica. Nesta gama de temperaturas verifica-se que a adição de PLC leva
ao aumento da viscosidade. A transição para o estado nemático ainda não ocorreu e a
estrutura rígida que caracteriza as moléculas de PLC ainda se mantém inalterada nas misturas.
Parece claro que estas misturas não podem ser processadas a temperaturas inferiores à
temperatura de transição nemática (284ºC), uma vez que a redução da viscosidade pretendida
(promovida pela adição de PLC ao termoplástico) não pode ser obtida.
A 290ºC, e embora a viscosidade do PLC seja superior à do termoplástico, verifica-se que
se obtém um mínimo de viscosidade para a mistura com 10% em PLC, relativamente às
restantes misturas e componentes puros. Este facto pode, em princípio, ser atribuído à
incompatibilidade entre as fases e à formação de estruturas fibrilares de PLC, que são
responsáveis pela lubrificação da matriz termoplástica. A razão de viscosidades entre o PLC e
o termoplástico tem também um papel importante na morfologia final, tal como referido
anteriormente. Para temperaturas superiores e próximas da temperatura de transição do PLC
(290ºC, por exemplo) é mais fácil deformar os agregados esféricos de PLC para misturas que
tenham baixo conteúdo em PLC. Assim, a formação de estruturas fibrilares é mais facilmente
atingida para as misturas com 10% P/P em PLC e o efeito de lubrificação só é observado para
estas misturas. Estas observações foram igualmente verificadas noutros trabalhos [9].
Para temperaturas superiores a 290ºC, a viscosidade do PLC (Vectra B950) é menor do
que a viscosidade da matriz (PPO/PS). A esta temperatura o comportamento reológico das
misturas é invertido, i.e., a adição de PLC leva a um ligeiro decréscimo da viscosidade. Para
temperaturas superiores a 290ºC a viscosidade das misturas situa-se entre a viscosidade dos
componentes puros, seguindo o comportamento previsto.
A 290ºC obtém-se um mínimo na viscosidade para a mistura com 10% em PLC, no
entanto, a 300ºC e a 310ºC, este mínimo é obtido para as misturas com 25% em PLC (excepto
para as taxas de corte mais baixas, para as quais é ainda a mistura com 10% de PLC que
30
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apresenta a menor viscosidade) e 40% em PLC; respectivamente. Isto significa que um
aumento de temperatura corresponde a um aumento da percentagem de PLC que conduz a
uma maior diminuição da viscosidade, relativamente à da matriz.
1.00E+06
106
PPO/PS
η* [Pa.s]
10% PLC
25% PLC
1.00E+04
104
40% PLC
PLC
102
1.00E+02
1.00E-01
10-1
1.00E+00
100
1.00E+01
101
1.00E+02
102
1.00E+03
103
ω [rad.s-1]
Figura 1 (a)- Viscosidade complexa versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 280ºC
1.00E+06
106
η* [Pa.s]
(b)
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
1.00E+04
104
40% PLC
PLC
102
1.00E+02
1.00E-01
10-1
1.00E+00
100
1.00E+01
101
1.00E+02
102
1.00E+03
103
ω [rad.s-1]
Figura 1 (b)- Viscosidade complexa versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 290ºC
31
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4
10
1.00E+04
PPO/PS
η* [Pa.s]
10% PLC
25% PLC
(c)
40% PLC
PLC
102
1.00E+02
10-1
100
101
102
103
1.00E1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
01
0
1
2
3
ω
[rad.s-1]
Figura 1 (c)- Viscosidade complexa versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 300ºC
104
1.00E+04
η* [Pa.s]
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
102
1.00E+02
40% PLC
(d)
PLC
100
1.00E+00
10 0
101
102
103
10-1
1.00E1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
01
0
1
2
3
ω [rad.s-1]
Figura 1 (d)- Viscosidade complexa versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 310ºC.
32
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Este comportamento reológico foi, no essencial, confirmado através da avaliação do
módulo dinâmico e do módulo dissipativo em função da frequência, apresentados na figura 2
e figura 3, respectivamente.
É ainda importante referir que o módulo de rigidez do PLC é independente da frequência
para temperaturas iguais ou inferiores a 290ºC, o que indica uma estrutura tipicamente
elástica, em concordância com os resultados previstos anteriormente.
6
10
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
4
G' [Pa]
10
1.00E+04
2
10
1.00E+02
(a)
100
1.00E+00
100
101
102
103
10-1
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω [rad.s-1]
Figura 2 (a)- Módulo elástico versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes
puros a 280ºC.
106
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
G' [Pa]
104
1.00E+04
2
10
1.00E+02
(b)
0
10
1.00E+00
10-1
101
102
103
100
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω
[rad.s-1]
Figura 2 (b)- Módulo elástico versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 290ºC.
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1E+06
106
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
4
G' [Pa]
10
1E+04
2
10
1E+02
(c)
0
10
1E+00
10-1
1E-01
100
1E+00
101
1E+01
102
1E+02
103
1E+03
ω [rad.s-1]
Figura 2 (c)- Módulo elástico versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes
puros a 300ºC.
106
1.00E+06
4
G' [Pa]
10
1.00E+04
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
102
1.00E+02
(d)
100
1.00E+00
100
101
102
103
10-1
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω [rads-1]
Figura 2 (d)- Módulo elástico versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes
puros a 310ºC.
34
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106
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
4
G'' [Pa]
10
1.00E+04
2
10
1.00E+02
(a)
100
1.00E+00
10-1
100
101
102
103
1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03
ω
-1
[rad.s ]
Figura 3 (a)- Módulo dissipativo versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 280ºC.
106
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
4
G'' [Pa]
10
1.00E+04
2
10
1.00E+02
(b)
100
1.00E+00
103
10-1
100
101
102
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω [rad.s-1]
Figura 3 (b)- Módulo dissipativo versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 290ºC.
35
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106
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
G'' [Pa]
1.00E+04
104
102
1.00E+02
(c)
100
1.00E+00 -1
10
100
101
102
103
1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03
ω
[rad.s-1]
Figura 3 (c)- Módulo dissipativo versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 300ºC.
6
10
1.00E+06
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
4
G'' [Pa]
10
1.00E+04
2
10
1.00E+02
(d)
0
10
1.00E+00
10-1
100
101
102
103
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω [rad.s-1]
Figura 3 (d)- Módulo dissipativo versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e
componentes puros a 310ºC.
O estudo da dependência da tangente de δ relativamente à frequência revelou que, para
temperaturas inferiores ou iguais a 290ºC, um aumento da percentagem em PLC leva ao
decréscimo da tg δ. Este comportamento só é válido, no entanto, para baixas frequências, tal
36
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como pode ser observado nas figuras 4(a) e 4(b), que correspondem aos ensaios efectuados a
280ºC e 290ºC, respectivamente.
Nesta gama de temperatura o PLC existe essencialmente como uma estrutura rígida
constituída por um polidomínio co-contínuo; deste modo, a resposta elástica (G’) é
comparativamente maior do que a resposta viscosa (G’’), especialmente a baixas frequências.
Contrariamente, para as misturas com baixo conteúdo em PLC e para o PPO/PS puro pode
observar-se que, para baixas frequências, o módulo elástico (G’) é menor do que o módulo de
dissipação (G’’). Isto significa que, para temperaturas inferiores ou iguais a 290ºC e para
baixas frequências, o PLC e as misturas com maior conteúdo em PLC apresentam um
comportamento elástico mais pronunciado do que o manifestado pelas restantes misturas. Tal
como previsto, para frequências mais elevadas todas as misturas apresentam um
comportamento elástico, o que se deve à falta de tempo necessária ao rearranjo molecular.
A 300ºC observa-se um comportamento diferente, em particular para as misturas com 40%
em PLC e para o PLC puro, tal como pode ser observado na figura 4(c). A baixas frequências
as medidas reológicas revelaram o mesmo comportamento observado para temperaturas
inferiores a 290ºC. No entanto, para frequências mais elevadas os maiores valores de tg δ
foram obtidos para o PLC e para a mistura com 40% em PLC (comparativamente aos
observados para as restantes misturas e para o PPO/PS puro). Este fenómeno pode ser
explicado pelo facto de, a baixas frequências, a resposta elástica do PLC ser
significativamente maior do que a resposta viscosa. Por outro lado, para frequências elevadas
o comportamento inverte-se e o módulo elástico (G’) passa a ser inferior ao módulo
dissipativo(G’’). Isto indica que o PLC tem uma estrutura típica de um líquido a altas
frequências. Este fenómeno, inesperado para polímeros flexíveis, é facilmente explicado para
os PLCs e para as misturas com elevado conteúdo em PLC, sabendo que, devido à completa
orientação molecular, o tempo necessário ao rearranjo molecular não é, neste caso, um
parâmetro dominante.
A intersecção observada nas figuras 4(c) e 4(d) pode ser explicada, tendo em conta que o
PLC é mais sensível a variações de temperatura do que o termoplástico.
101
1.00E+01
tgδ
(a)
100
1.00E+00
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
-1
10
1.00E-01
10-1
100
101
102
103
1.00E-01
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
0
1
2
3
ω
-1
[rad.s ]
Figura 4 (a)- Tg δ versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes puros a
280ºC.
37
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tg δ
101
1.00E+01
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
0
10
1.00E+00
(b)
-1
10
1.00E-01
10-1
100
101
102
103
1.00E-01
1.00E+00
1.00E+01
1.00E+02
1.00E+03
ω
[rad.s-1]
Figura 4 (b)- Tg δ versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes puros a
290ºC.
tg δ
101
1.00E+01
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
100
1.00E+00
(c)
10-1
1.00E-01
1.00E-01
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
10-1
100
101
102
103
0
1
2
3
ω [rad.s-1]
Figura 4 (c)- Tg δ versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes puros a
300ºC.
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Filipe et al., e-rheo.pt, 1 (2001) 27-40
tgδ
101
1.00E+01
PPO/PS
10% PLC
25% PLC
40% PLC
PLC
1.00E+00
100
(d)
1.00E-01
10-1
10-1
100
101
102
103
1.00E-01
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
1.00E+0
0
1
2
3
ω
-1
[rad.s ]
Figura 4 (d)- Tg δ versus frequência para as misturas de PPO/PS com PLC e componentes puros a
310ºC.
4
CONCLUSÕES
É do conhecimento geral que a adição de fibras de vidro ou de outros materiais de
natureza rígida aos termoplásticos, tem consequências indesejáveis ao nível do
processamento. A adição de polímeros líquido-cristalinos a termoplásticos tem sido
largamente estudada, com o objectivo de encontrar uma alternativa viável para o reforço
mecânico de plásticos de engenharia. Normalmente, a adição de pequenas percentagens de
PLCs aos termoplásticos leva, por um lado, a uma diminuição considerável da viscosidade
(melhor processabilidade) e por outro, à melhoria das propriedades mecânicas da mistura,
relativamente ao termoplástico puro [9]. Estes efeitos são essencialmente devidos à formação
de estruturas fibrilares de PLC, devidamente orientadas segundo a direcção do fluxo e
distribuídas na matriz termoplástica; os fibrilos de PLC são responsáveis pelo reforço in-situ
da matriz e pelo efeito de lubrificação que levam, respectivamente, ao reforço mecânico e à
diminuição da viscosidade [9]. É importante salientar que as características morfológicas,
reológicas e mecânicas destas misturas são altamente dependentes das propriedades
individuais de cada material, da relação entre essas propriedades e das condições de
processamento da mistura [10].
Este trabalho teve por objectivo avaliar a influência da temperatura nas propriedades
reológicas de um polímero líquido-cristalino (Vectra B950), de um termoplástico (PPO/PS) e
de misturas destes com 10% P/P, 25% P/P e 40% P/P em PLC. As medidas reológicas
revelaram que existe uma gama de temperaturas na qual as misturas devem ser processadas,
de modo a atingir melhorias ao nível da processabilidade e das propriedades mecânicas. Esta
temperatura deverá ser suficientemente alta para garantir que a adição de PLC leve ao
decréscimo da viscosidade (relativamente ao termoplástico) sem, no entanto, levar à
degradação térmica do material. Os ensaios reológicos permitiram constatar que, para
temperaturas inferiores a 290ºC, a viscosidade do PLC é maior do que a viscosidade do
termoplástico. Deste modo, a adição de PLC não traz vantagens ao nível da processabilidade,
uma vez que a sua adição não conduz à diminuição da viscosidade. No entanto, para os
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ensaios efectuados a 290ºC, obteve-se um mínimo de viscosidade para a mistura com
10% P/P em PLC, não obstante, a viscosidade do PLC ser superior à do termoplástico.
Verificou-se ainda que para temperaturas superiores a 290ºC a viscosidade do PLC passa a ser
menor do que a viscosidade do termoplástico, sendo importante salientar que a percentagem
de PLC que conduz ao mínimo de viscosidade é tanto maior quanto mais elevada é a
temperatura. Deste modo, pode concluir-se que o processamento de misturas de Vectra B950
com PPO/PS deve ser feito a uma temperatura igual ou superior a 290ºC.
As propriedades reológicas destas misturas estão profundamente relacionadas com as
propriedades mecânicas e morfológicas. As medidas morfológicas revelam que, neste tipo de
misturas, se forma uma estrutura do tipo skin-core, na qual o PLC existe sob duas formas:
estruturas fibrilares (skin) e estruturas globulares (core) [8]. Esta morfologia explica a
melhoria de algumas propriedades mecânicas, nomeadamente, do módulo elástico, do módulo
de flexão e da resistência à tracção [7, 8]. Ensaios mecânicos efectuados nestas misturas
(PPO/PS com Vectra B950) revelaram que o módulo de flexão aumenta com o aumento de
PLC, embora isso só ocorra na direcção do fluxo [8].
5
REFERÊNCIAS
[1]-G. Gabellini, R. E. S. Bretas, “Poly(p-phenylene sulfide)/liquid crystalline polymer
blends. II. Crystallization kinetics.” Journal of Applied Polymer Science, Vol.61, 1803-1812
(1996).
[2]-R. Viswanathan, A. I. Isayev, “Blends of a PPO-PS alloy with a liquid crystalline
polymer”, Journal of Applied Polymer Science, Vol.55, 1117-1129 (1995).
[3]- S. Onogi and T.Asada, in Rheology, G. Astarita, G. Marrucci, and L. Nicolais, Eds.,
Plenum Press, New York, 1980.
[4]-F. Beekmans, A. D. Gotsis and B. Norder, “ Transient and steady-state rheological
behaviour of the thermotropic liquid crystalline polymer Vectra B950”, Journal of Rheology,
Vol.40, 947-966 (1996).
[5]- H. C. Langelaan and A. D. Gotsis, “The relaxation of shear and normal stresses of
nematic liquid crystalline polymers in squeezing and shear flows”, Journal of Rheology,
Vol.40, 107-129 (1996).
[6]- Gi Dae Choi, Seung Hyung Kim, and Won Ho Jo, “Interrelationships between
rheological, morphological and mechanical properties of polystyrene/liquid crystalline
polymer blends”, Polymer Journal, Vol. 28, No. 6, 527-534 (1996).
[7]-Gi Dae Choi, Won Ho Jo, and Hong Gyung Kim, “ The effect of the viscosity ratio of
dispersed phase to matrix on the rheological, morphological and mechanical properties of
polymer blends containing a LCP”, Journal of Applied Polymer Science, Vol.59, 443-452
(1996).
[8]-Marcelo M.Ueki and Joaquim S. C. Filho, “Influence of TLCP Vectra B950 in the flexural
mechanical properties of injection molded plates of PPO/PS blends, proceedings of the 6th
Brazilian Polymer Congress/IX International Macromolecular Colloquium (2001).
[9]-Gi Dae Choi, Seung Hyung Kim, Won Ho J and Moo San Rhim, “ The morphology and
mechanical properties of phenoxy/liquid crystalline polymer blends and the effect of
transesterification”, Journal of Applied Polymer Science, Vol.55, 561-569 (1995).
[10]-Markku T. Heino, Pirjo T. Hietaoja, Tom P. Vainio and Jukka V. Seppällä, “ Effect of
viscosity ratio and processing conditions on the morphology of blends of liquid crystalline
polymer and polypropylene”, Journal of Applied Polymer Science, Vol.1, 259-270 (1994).
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