Linear viscoelasticity of textured carbonaceous mesophases

Abstract

Fibras de carbono de alto desempenho podem ser produzidas a partir de piche de petróleo anisotrópico usando o processo de extrusão-fiação. O piche mesomórfico é um cristal líquido discótico nemático termotrópico, que possui ordem na orientação das moléculas. Cristais líquidos são materiais que possuem textura, anisotropia e visco-elasticidade. Um fenômeno importante que é encontrado em cristais líquidos é a interação entre a textura devido à orientação das moléculas e o comportamento reológico, no qual a textura ocorre devido à presença de defeitos na orientação das moléculas. O processo de extrusão-fiação usado na fabricação de fibras de carbono a partir de precursores nemáticos usa uma cascata de escoamentos que incluem fluxo capilar convergente e extensional, os quais promovem a formação de uma variedade de estruturas, incluindo radial, concêntrica, randômica e bipolar, que darão propriedades especificas para as fibras de carbono resultantes. Portanto, a compreensão fenomenológica da interação entre a textura e a reologia do precursor nemático é necessária para o controle do processo e para a otimização do produto. Neste artigo, a interação entre a reologia e a textura de cristais líquidos discóticos nemáticos será enfocada e um modelo anisotrópico será desenvolvido para descrever o regime linear visco-elástico de piches mesofásico com textura. O modelo é capaz de prever todas as características observadas experimentalmente, incluindo a dependência dos módulos de armazenamento e de perda com a freqüência de oscilação e a sua dependência com a temperatura, assim como promover uma melhor compreensão do papel dos defeitos e da anisotropia no comportamento visco-elástico do piche anisotrópico.