Breve introdução à Reologia

A Reologia é a ciência que estuda o modo como a matéria fluí ou como esta se deforma. Nesta área da física, incluem-se a mecânica de fluidos clássica e a elasticidade que tratam respectivamente, os fluidos Newtonianos (isótropos), como é exemplo a água, e as pequenas deformações em sólidos.

O termo reologia, teve origem numa discussão entre Marcus Reiner e Eugene Cook Bingham em 1928, conforme é descrito no artigo da Physics Today The Deborah Number. Este número de Debora, De, é uma grandeza adimensional que permite distinguir, em função da sua magnitude, se um determinado material tem um comportamento mais próximo de um líquido ou de um sólido. Traduz-se pela seguinte relação:

De = tempo de relaxação/tempo de observação.

Pequenos valores do número de Deborah correspondem a materiais que têm tempo para relaxar e, por isso, comportam-se como líquidos. Pelo contrário, os materiais que apresentam um valor elevado do número de Deborah estão mais próximo do comportamento de um material sólido.

Na prática, a aplicação do termo reologia, refere-se normalmente ao estudo de materiais não-clássicos, tais como: a borracha, os plásticos fundidos, as soluções poliméricas, as pastas e lamas, os fluídos electroreológicos, o sangue, o tecido muscular, os compósitos, os solos, os vernizes e as tintas. Todos estes materiais apresentam propriedades reológicas surpreendentes, que a mecânica de fluidos clássica e a elasticidade não conseguem, por si só, descrever ou explicar.

O interesse e rápido desenvolvimento desta área, quer do ponto de vista da evolução dos equipamentos técnicos, quer da obtenção de novos materiais, ocorreu a partir do segundo quartel do século XX com o "boom" da industria petroquímica e seus derivados. Os materiais poliméricos e os plásticos surgiram como um vasto campo para novas descobertas e aplicações.

Os polímeros são materiais formados por cadeias, mais ou menos longas, onde uma ou mais unidades - monómeros - se repetem. Tanto no seu estado fundido como em solução, os materiais poliméricos apresentam comportamentos de fluidos complexos por manifestarem propriedades viscosas, bem como propriedades elásticas. Daí se afirmar que possuem propriedades viscoelásticas.

Um exemplo paradigmático de um comportamento complexo que se pode observar nos materiais poliméricos é o que ocorre com a massa "silly putty", muito utilizada em materiais lúdicos. De facto, quando este material é deixado sobre uma superfície lisa durante alguns minutos, ele perde a sua forma inicial e fluí, sob a acção da força gravítica, como se fosse um líquido; quando é enrolado numa bola e arremessado contra uma superfície rígida adquire um comportamento elástico, como o de uma vulgar "bola saltitona" de borracha; quando é estirado rapidamente, parte como se se tratasse de um material sólido plástico.

A caracterização das propriedades viscoelásticas de materiais poliméricos adquire uma importância extrema, tanto do ponto de vista da sua quantificação como da sua compreensão e previsão, destacando-se a determinação da arquitectura molecular (peso molecular e sua distribuição, grau de ramificação), a determinação do comportamento durante o processamento e da performance na aplicação ao produto final.

O modo mais comum de realizar a caracterização das propriedades viscoelásticas dos materiais poliméricos, recorre à dissolução dos polímeros em solventes apropriados, obtendo-se soluções mais ou menos diluídas, ou utiliza o polímero no seu estado fundido. Existem, no entanto, modos de observação que usam amostras do polímero em forma de provete sólido, aplicando esforços extensionais ou oscilatórios directamente no provete.

Os reómetros rotacionais são aparelhos que permitem a aplicação de tensões, ou de deformações, controladas em regime estacionário, ou em regime oscilatório, possibilitando a medição das seguintes propriedades:

- viscoelasticidade, em regime dinâmico: G', G'' e tg delta em função de frequência (tempo) e temperatura;

- viscoelasticidade, em regime estacionário: curva de fluxo e diferença de tensões normais em função da taxa de deformação de corte e temperatura;

arquitectura molecular (peso molecular, distribuição do peso molecular e grau de ramificação) usando um varrimento em frequência e um ensaio de tensão-deformação seguido de relaxação.