aula03 efeito da temperatura

aula03 efeito da temperatura

(Parte 1 de 3)

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica -USP

Efeitos da temperatura sobre o comportamento mecânico dos materiais-

PMT2200 –Ciência dos Materiais

Prof. Angelo Fernando Padilha

Prof. Douglas Gouvêa Prof. Nicole R. Demarquette

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Conteúdo ü Temperatura homóloga ü Visco-elasticidade -Comportamento mecânico das famílias de polímeros

- Viscosidade

- Comportamento visco-elástico üEfeito da temperatura sobre a deformação plástica em materiais cristalinos ü Fluência -A taxa mínima de fluência

-Mecanismos de fluência üOutros fenômenos que ocorrem a altas temperaturas üMateriais para aplicação em temperaturas elevadas

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A temperatura homóloga

ØO calor, como uma forma de energia, afeta os diferentes materiais de formas diversas dependendo da energia de coesão do sólido. Fenômenos observados em certas faixas de temperatura para um material (como a fluência, por exemplo) também são observados em um segundo material similar, só que provavelmente em uma faixa de temperaturas diferentes.

ØExperimentalmente observa-se que as faixas de temperaturas em que os diferentes fenômenos ocorrem são fortemente correlacionadas nos diferentes materiais em uma escala adimensional na qual a temperatura (absoluta) de uso do material é dividida pela temperatura de fusão (Tc) do mesmo. À temperatura adimensional assim obtida dá-se o nome de temperatura homóloga:

tH= T/Tc (temperaturas em K!) Ø Exemplos:

T = 300K ÞtH= 0,6 para polímeros (Tc~ 500K) e 0,16 para aços (Tc~ 1800K) üPortanto a temperatura ambiente é uma temperatura relativamente elevada para a maioria dos polímeros, porém uma temperatura baixa para a maioria dos materiais inorgânicos

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Polímeros: transições térmicas

ØPolímeros podem se apresentar na forma totalmente amorfa (caso dos termorígidos e de alguns termoplásticos) ou parcialmente cristalina (termoplásticos semi-cristalinos)

ØPolímeros amorfos apresentam apenas uma temperatura de transição, a chamada temperatura de transição vítrea (Tg), já polímeros semi-cristalinos apresentam além desta, a temperatura de cristalização (Tc).

ØOs diferentes plásticos de engenharia podem ser esquematicamenteclassificados conforme o diagrama abaixo

Obs.: Não existem polímeros 100% cristalinos.

Tc Tg

Semi-cristalinos

Estado Ordenado, polímeros frágeis e rígidos

Estado Ordenado, Volume livre aumenta, polímeros dúcteis

Líquido viscoso, processamento

Estado Vítreo, Polímeros rígidos

Estado Borrachoso, elastômeros

Líquido Viscoso, processamento AmorfosTuso

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Comportamento mecânico dos polímeros

Termorígidos Elastômeros

A relação entre a temperatura de uso do polímero, Tge Tc varia em função da classe de polímeros

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Comportamento mecânico dos polímeros Continuação...

Termoplástico amorfo Termoplástico semi-cristalino

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Viscosidade

Ø1687: Isaac Newton “Principia” § Fluidos newtonianos a tensão de cisalhamento é proporcional à taxa de deformação h V , F área A t= F / A g= Dx / h t= hdg/ dt s= tensão; g= deformação; h: viscosidade

Unidades da viscosidade no SI: [Pa.s] ou Poise [P] = 0,1 [Pa.s]

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Viscosidades típicas [Pa.s]

Ø Asfalto ØPolímero Fundido Ø Melaço ØMel líquido Ø Glicerina ØÓleo Vegetal Ø Água Ø Ar

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Visco-elasticidade

ØFios de seda (observação experimental)

Quando se aplica uma tensão observa-se uma deformação imediata (elástica) que prossegue com o tempo. Quando a força é removida há um encolhimento instantâneo (elástico), seguido de um encolhimento que prossegue com o tempo.

James Clerk Maxwell (1867)

Encyclopedia Britanica: Teoria da visco-elasticidade

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