A natureza da estrutura molecular dos plásticos torna as propriedades desses materiais fortemente dependentes da temperatura. A condutividade térmica, difusividade térmica e o calor específico, conhecidos como propriedades térmicas, são as três propriedades físicas mais importantes de um material em cálculos de transferência de calor. Valores confiáveis dessas propriedades são essenciais em polímeros, tanto em problemas envolvendo estado estacionário como em estado não estacionário de troca de calor. Hoje, várias técnicas diferentes para a determinação da condutividade térmica e difusividade térmica podem ser encontradas na literatura. Neste trabalho, a técnica de fio quente paralelo é empregada na determinação experimental das propriedades térmicas de polímeros. Três polímeros semi-cristalinos (PEAD, PEBD e PP), e dois polímeros amorfos (PS e HIPS) foram selecionados para este trabalho. As medidas experimentais são feitas desde a temperatura ambiente até a, aproximadamente, 50 ºC acima da temperatura de fusão. As amostras são preparadas pelo processo de extrusão, partindo-se do pó ou "pellets" do polímero no estado sólido. Um molde especial de aço inoxidável, em forma de paralelepípedo retangular, provido de isoladores cerâmicos entre o fio quente, o termopar e o próprio molde é utilizado para armazenar a massa polimérica fundida, cujas propriedades térmicas serão medidas. Os resultados experimentais obtidos são comparados com dados disponíveis na literatura e com dados fornecidos pelos fabricantes. Uma análise crítica desta metodologia mostra as vantagens e desvantagens desta técnica experimental em relação à técnica de pulso de energia.

The nature of the molecular structure of the plastics makes the properties of such materials markedly temperature dependent. Thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, namely the thermal properties, are the three most important physical properties of a material that are needed for heat transfer calculations. Reliable thermal properties values are essential for polymers, both in steady and non-steady state situations. Nowadays, several different techniques for the determination of the thermal diffusivity and thermal conductivity may be found in the literature. In this work, the hot wire parallel technique is employed in the experimental determination of the thermal properties of polymers. Three semi-crystalline polymers (HDPE, LDPE and PP), and two amorphous polymers (PS and HIPS) were selected for this work. Samples are prepared through the extrusion process starting from the powder or pellets of the solid polymer. A special mould of stainless steel in the shape of a rectangular parallelepiped provided with ceramic insulators between the hot wire, thermocouple and the mould is employed to store the melt extruded polymer whose thermal properties will be measured. Measurements are carried out from room temperature up to approximately 50 ºC above the melting point. Experimental results obtained are checked against data found in literature and those ones furnished by the manufacturers. A critical analysis of this method shows the advantages and disadvantages of this technique when compared with the laser flash technique.

A técnica de fio quente paralelo normalizada para a determinação da condutividade térmica de materiais cerâmicos foi empregada na determinação das propriedades térmicas de polímeros. As amostras foram preparadas em forma de paralelepípedos retangulares, com dimensões de (230x80x30)mm. Neste trabalho, a condutividade térmica e o calor específico foram simultaneamente determinados a partir do mesmo transiente térmico experimental e a difusividade térmica foi calculada a partir dessas duas propriedades. Cinco diferentes polímeros com diferentes estruturas a temperatura ambiente foram selecionados neste trabalho. Os cálculos foram feitos utilizando-se um método de ajuste por regressão não linear, de tal maneira que todos os pontos experimentais obtidos são considerados nos cálculos dessas propriedades térmicas. O equipamento utilizado neste trabalho é totalmente automatizado. A reprodutibilidade dos resultados foi muito boa com respeito à condutividade térmica, obtendo-se um desvio máximo de apenas 0,5% entre os valores máximo e mínimo para todas as amostras ensaiadas, mesmo introduzindo propositadamente alguns defeitos no arranjo experimental, em relação ao modelo teórico. Todavia, pequenos desvios do modelo teórico podem causar drásticas influências nos valores de calor específico, obtendo-se desvios de até 32% em relação ao arranjo experimental correto. Os resultados experimentais foram então comparados com aqueles encontrados na literatura. As discrepâncias observadas entre alguns desses valores podem estar associadas ao grau de cristalinidade ou à história térmica da amostra, ficando assim mostrada a aplicabilidade desta técnica na determinação das propriedades térmicas de polímeros.

The hot wire parallel technique standardized for determining thermal conductivity of ceramic materials was employed in the determination of thermal properties of polymers. Samples were prepared in shape of rectangular parallelepipeds. In this work the thermal conductivity and the specific heat were simultaneously determined from the same experimental thermal transient, and the thermal diffusivity is derived from these properties. Five different polymers with different structures at room temperature were selected and measurements were carried out at room temperature. A non-linear least squares fitting method was employed in the calculations, so that all the experimental points obtained are considered in the thermal properties calculations. The apparatus used in this work is fully automatic. The reproducibility is very good with respect to thermal conductivity, even with a defective experimental arrangement with respect to the theoretical model. However, deviations from the theoretical model causes severe influence on the specific heat values and consequently in the thermal diffusivity. Experimental results were compared with those available in literature, showing the applicability of this technique in the determination of thermal properties of polymers.

A determinação precisa das propriedades térmicas de um polímero é fundamental em muitos processos e projetos de engenharia. A difusividade térmica, em particular, é importante em problemas envolvendo estado não-estacionário, como no aquecimento e resfriamento de um polímero. Em processamento é uma propriedade fundamental no processo de moldagem por injeção, para a determinação do tempo de ciclo de moldagem. Neste trabalho, a técnica de pulso de energia, normalmente aplicada para materiais cerâmicos e metálicos, é empregada na determinação da difusividade térmica de materiais poliméricos. As amostras foram preparadas em forma de discos, tendo aproximadamente 1cm de diâmetro e 0,3 a 1mm de espessura. Os resultados experimentais obtidos foram comparados com dados existentes na literatura, e com aqueles obtidos pela técnica de fio quente. A concordância entre esses resultados e a reprodutibilidade das medidas mostrou a viabilidade da utilização desta técnica experimental para materiais poliméricos.

The accurate determination of the thermal properties of a polymer is of fundamental importance in many processes and engineering projects. Specifically, the thermal diffusivity is an important property in the case of non-steady state problems, which occur during the heating and cooling of a polymer. In the extrusion process, the knowledge of the thermal properties is crucial in order to describe and analyse the extrusion process. In this work, the thermal diffusivity of some polymeric materials is determined by using the thermal diffusivity flash technique. The samples are prepared in the shape of discs, 1 cm in diameter and 0.3 to 1 mm thickness. The experimental results obtained are compared with those found in the literature. The reproducibility of the data is very good and they are in excellent agreement with the results obtained by the hot wire method.