Toward the accurate modeling of amorphous nonlinear materials—polymer stress relaxation (I)

Abstract

We expand our analytical modeling strategy for polymer non-linear stress relaxation (A) to specify the remaining steps to accurately deal with the nonaffine nature of the materials' local strains and stresses relative to their average overall values, and (B) to make it consistent with a new cooperative theory of amorphous materials dynamics, providing a model of tunable fragility that sheds light to most aspects of the behavior, including the glass transition. The stress relaxation models (1) describe a nonlinear (straindependent) behavior that becomes linear at very low strains, (2) quantify the effect of temperature, (3) may quantify the effects of changes in free volume, and (4) ensure very fast computations of the materials' response irrespective of the experimental time scale. The models are sensitive to the influence of different initial states of the material, as may result from varying degrees of molecular orientation and aging levels, and are able to predict from experimental stress relaxation moduli (for a poly (methylmethacrylate)-PMMA and a bis-phenol-A polycarbonate-PC) the values of the crossover frequency, m c , crossover temperature, T c , and the minimum activation energy, in addition to the initial and long-time plateau moduli, in agreement with independently measured values. POLYM.ENG. SCI., 56:348-360,

Relaxação De Tensões De Polímeros - Modelação De Materiais Não-Lineares

“…Os autores (André et al, 2014;Cruz Pinto et al, 2016), formularam para a gradual redução de tensões,   t  , e o correspondente módulo de relaxação,…”

“…De acordo com (Cruz Pinto et al, 2016), com base na equação anterior obtém-se o espetro dos tempos de relaxação para o material a várias temperaturas e deformações,…”

“…A particularidade da viscoelasticidade nos materiais poliméricos reside nos complexos mecanismos de conformação molecular que estão na base das deformações macroscópicas observadas, como resultado dos rearranjos dos segmentos das cadeias moleculares, função do tempo, e com uma cinética dependente necessariamente da temperatura a que o material se encontra, como discutido em anteriores trabalhos dos autores (André 2004;André et al, 2014;Cruz Pinto et al, 2016).…”

“…Diversos trabalhos publicados são meramente teóricos (Kubát, 1979;Hogfors, et al, 1981;Kubát, 1982), enquanto outros são de simulação (Brostow, et al, 1993;Blonsky et al, 1994). No presente estudo, é aplicado um modelo molecular previamente desenvolvido pelos autores (André et al, 2014;Cruz Pinto et al, 2016) com o intuito de descrever a relaxação de tensões de materiais poliméricos, a várias deformações e diferentes temperaturas, com e sem tratamento térmico prévio, obtendo-se previsões teóricas com base em resultados experimentais.…”

Theoretical and experimental analysis of indentation relaxation test

“…7(c), going from 0.1% for tensile rheometry to around 10% for Berkovich indentation. 24 A clear illustration of the nonlinear behavior of PMMA 48 is shown. The augmentation of applied strain leads to a significant decrease in stress relaxation modulus.…”