Estudo do efeito da absorção de água sobre o comportamento viscoelástico do polímero poliamida 6

Abstract

Polímeros vêm ganhando mais espaço em aplicações estruturais e cada vez mais torna-se indispensável a compreensão da influência no comportamento mecânico de fatores ambientais como temperatura, pressão e umidade destes materiais. Além disso, devido ao comportamento mecânico bastante complexo destes materiais, faz-se necessário o uso de modelos matemáticos adequados, que capturem tais fatores ambientais, para sua simulação numérica. Neste trabalho, é apresentado um estudo da caracterização numérico-experimental do comportamento viscoelástico do polímero termoplástico poliamida 6. Foram estudados modelos clássicos de viscoelasticidade considerando a sensibilidade do material frente à absorção de água. Através do princípio de superposição “tempo-absorção de água”, utilizou-se a função de translação proposta pelo modelo de Williams-Landel-Ferry. A caracterização do material se deu a partir da análise dinâmico-mecânica e os dados experimentais obtidos foram incorporados em modelos constitutivos viscoelásticos. Por fim, buscou-se avaliar qual a melhor estratégia de simulação do fenômeno de absorção de água frente às diferentes metodologias numéricas adotadas. Os resultados mostram que a utilização da função de translação já é suficiente para obter uma boa representação da mudança do comportamento mecânico segundo a absorção de água tanto no domínio do tempo como no domínio da frequência.

Polymers have been gaining more space in structural applications and it is becoming increasingly essential to understand the influence on their mechanical behavior of environmental factors such as temperature, pressure and humidity. Moreover, due to the very complex mechanical behavior of these materials, it is necessary to use adequate mathematical models that capture such environmental factors for their numerical simulation. In this work, a study of the numerical-experimental characterization of the viscoelastic behavior of the thermoplastic polyamide 6 is presented. Thus, classical viscoelasticity models were studied considering the sensitivity of the material to water absorption. Through the superposition principle “time-water absorption”, the shift function proposed by the Williams-Landel-Ferry model was used. Dynamic-mechanical analysis was used to characterize the material and the experimental data obtained were incorporated into viscoelastic constitutive models. Finally, we sought to evaluate the best strategy for simulation of the phenomenon of water absorption against the different numerical methodologies adopted. The results show that the use of the shift function is already sufficient to obtain a good representation of the change in mechanical behavior according to water absorption in both time and frequency domains.