propriedades de fluxo de polímeros fluidos independentes do tempo
soluções de polímeros, dispersões e fusão são normalmente líquidos não Newtonianos. Isto significa que a viscosidade aparente (η) 1 depende da taxa de cisalhamento aplicada e aumenta rapidamente com o aumento do peso molecular (número de unidades repetidas). Assim, a viscosidade de um polímero fundido é sempre maior do que a do monômero correspondente. Isto é devido ao entrelaçamento e forças intermoleculares entre moléculas de polímero.
a relação de tensão de cisalhamento (γ) – cisalhamento (τ) dos Fluidos não Newtonianos independentes do tempo pode ser descrita pela equação geral
ou graficamente por uma curva de tensão de cisalhamento em função da taxa de cisalhamento. Os quatro tipos básicos de fluidos independentes do tempo são mostrados nas figuras abaixo.
deve-se enfatizar que estes tipos são uma idealização do comportamento real do fluxo de fluidos. A maioria das soluções de polímero e fusão exibem afinamento cortante, ou seja, eles pertencem à classe de materiais pseudoplásticos, enquanto que o espessamento do cisalhamento ou comportamento dilatante raramente é observado. Alguns exemplos comuns de fluidos de espessamento de cisalhamento são o amido de milho na água e nanopartículas dispersas em uma solução (polímero).
o afinamento do cisalhamento observado de soluções e misturas de polímeros é causado pelo desentangimento das cadeias de polímeros durante o fluxo. Polímeros com um peso molecular suficientemente elevado são sempre enredados (como spagetti) e orientados aleatoriamente quando em repouso. Quando tosquiados, no entanto, eles começam a desintangar e a allign que faz com que a viscosidade a cair. O grau de desintoxicação dependerá da taxa de cisalhamento. A taxas de cisalhamento suficientemente elevadas os polímeros serão completamente desengordurados e completamente aligeirados. Neste regime, a viscosidade do polímero derreter ou solução será independente da taxa de cisalhamento, ou seja, o polímero se comportará como um líquido Newtoniano novamente.2 o mesmo é verdade para as taxas de cisalhamento muito baixas; as cadeias de polímeros movem-se tão lentamente que o entrelaçamento não impede o fluxo de cisalhamento. A viscosidade no cisalhamento lento infinito é chamada de viscosidade da taxa de cisalhamento zero (η0). O comportamento típico é ilustrado na figura abaixo que mostra a dependência da viscosidade aparente, η, de um derretimento polimérico da taxa de cisalhamento.
o comportamento dos fluidos no regime de desbaste pode ser descrito com a equação power-law de Oswald e De Waele:
Esta equação pode ser escrita na forma logarítmica,
Isso significa que, um log-log parcela da tensão de cisalhamento (τ) versus tensão de cisalhamento (dy/dt) deve produzir uma linha reta se o polímero em solução ou derreter se comporta como um pseudoplastic líquido. Normalmente uma linha reta pode ser traçada ao longo de uma a duas décadas de taxa de cisalhamento, mas em um intervalo mais amplo desvios da lei Oswald pode ser esperado.
A viscosidade aparente é definida por
Se combinarmos essa expressão com o Oswald equação, obtemos uma segunda lei de potência equação para a viscosidade aparente:
Uma lei de potência também pode ser usado para descrever o comportamento de um dilatant (shear-thickening) líquido. Neste caso, o valor do expoente n será maior que um. Novamente, desvios perceptíveis podem ser esperados quando a equação de Oswald é aplicada sobre uma gama mais ampla de taxas de cisalhamento.
alguns outros fluidos requerem um limiar de tensão de cisalhamento antes de começarem a fluir. Este tipo de fluido é chamado de fluido plástico e se o líquido fluindo tem uma viscosidade constante é chamado de líquido Bingham. No entanto, tal comportamento não é observado em misturas e soluções de polímeros comuns. Exemplos típicos para o comportamento do fluxo plástico são micro e nanocomposites de polímero/sílica. O comportamento sólido em baixa tensão de cisalhamento pode ser explicado pela formação de uma estrutura de rede de sílica decorrente de atrativas interações partícula-partícula devido à ligação de hidrogênio entre grupos de silanol. Uma vez que a rede de partículas quebra após a aplicação de uma tensão crítica de rendimento (ty), o polímero mostra o comportamento normal do fluxo.
O comportamento do fluxo de plástico, líquidos, com uma constante de viscosidade np acima do limite de escoamento pode ser descrito com a Bingham equação:
considerando que o não-Newtoniano (shear-thinning) o comportamento de um plástico líquido pode ser descrito com o Herschel-Bulkley modelo:
Usando a definição padrão para a viscosidade: η = τ / γ, a viscosidade aparente de um Bingham viscoplastic material pode ser escrito como
Assim, a aparente viscosidade de um fluido de Bingham diminui com o aumento da taxa de cisalhamento e atinge a altas taxas de cisalhamento constante limite de np.
1a viscosidade aparente é muitas vezes dado o símbolo η em vez de μ para distingui-lo da viscosidade Newtoniana.
2o segundo patamar é rarley observado para a fusão de polímeros porque requer taxas de cisalhamento extremamente elevadas, o que também pode causar a quebra das cadeias de polímeros (Degradação induzida pelo cisalhamento).