Efeito Mullins

O Efeito Mullins descreve um fenômeno típico para materiais de borracha. Se uma curva tensão-deformação é registrada para uma amostra de tira, por meio de um programa como o Programa de Teste Universal do NETZSCH DMA EPLEXOR®, o chamado efeito Mullins - não deve ser confundido com o efeito Payne - pode ser observado . 

 

Quando o Efeito Mullins ocorre?

A expansão da amostra a uma taxa de deformação constante - por exemplo, do ponto inicial ao ponto final da curva 3 (figura 1) - resulta em um aumento da tensão dentro desse intervalo. Se a deformação for interrompida no final da curva 3 e a amostra “retornar” ao seu estado inicial na mesma taxa de deformação, a tensão toma um curso diferente (curva 4). 

Se a amostra for posteriormente expandida novamente (na mesma taxa de deformação de antes), então, no final da curva 5, um comportamento "intrigante" pode ser visto, descrito pelo efeito Mullins:  

Com o aumento da deformação, a tensão primeiro corre ao longo da curva 4 e, em seguida, segue o curso da curva 5 até o ponto final do curso 5. Inverter a taxa de deformação novamente leva a outro novo curso para a tensão, descrito neste exemplo pela curva 6.  

O que está acontecendo, porém, a nível molecular?

Se uma amostra de tração ou tira for submetida a deformações macroscópicas, as cadeias de polímero reticuladas dentro do material serão "esticadas" (figura 2). Macroscopicamente, as amostras são, portanto, significativamente alongadas. 

Aditivos comoo negro de fumo, que formam os chamados “clusters” dentro da rede polimérica, se rompem e, assim, reduzem sua resistência mecânica à deformação aplicada. No chamado estado "virgem", para amostras mecanicamente sem tensão - ou seja, a rede de polímero sem tensão e "aglomerados" sem tensão - a rigidez do material é alta. 

Consequentemente, uma alta força ou tensão é necessária para separar a amostra (curva 3). Esta destruição parcial do “cluster” é a razão pela qual a força necessária durante o ciclo de descarga (curva 4) é consideravelmente menor. Se a direção da carga for revertida novamente como descrito acima, a curva tensão-deformação inicialmente corre ao longo da curva 4. 

Todas as estruturas do cluster que foram destruídas no momento em que o ponto final da curva 3 foi alcançado na primeira corrida, permanecem, é claro, destruídas. 

É por isso que o diagrama tensão-deformação segue a curva do segmento 4 novamente. É apenas um aumento contínuo na deformação, novamente em conexão com o aumento contínuo na força, que leva a uma repetição na destruição parcial e quebra ainda mais os aglomerados que ainda existem.  

O tamanho dos aglomerados (clusters) que estão sujeitos à destruição, continua a diminuir com o aumento da tensão. Em primeiro lugar, é claro, os grandes “aglomerados” ("clusters"), que ainda estão presentes na amostra em um estado “virgem” no início do teste de tensão-deformação, são submetidos à destruição durante o experimento. Somente em níveis mais altos de deformação os aglomerados (clusters) menores também experimentam uma destruição parcial adicional. 


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