Elastômeros de polidimetilsiloxano (PDMS) têm sido amplamente utilizados em áreas como sensores flexíveis, sistemas ópticos de componentes eletrônicos e biomecânica devido às suas excelentes propriedades como flexibilidade, transparência óptica, não inflamabilidade, estabilidade química, não tóxica, biocompatível e baixo custo. Nestas aplicações, os componentes PDMS são frequentemente submetidos a um estado complexo de tensão de múltiplos eixos e acompanhados por comportamentos de grande deformação. Para obter uma seleção razoável de materiais macios em condições reais de trabalho, é importante caracterizar e prever com precisão a resposta de tensão-tensão do PDMS em diferentes padrões de deformação. Para isso, Satya Pal e Abir Bhattacharyya, do Instituto de Tecnologia da Índia, usaram a técnica de correlação digital de imagem sem contato (DIC) para medir com precisão o campo de tensão da superfície da amostra sob tensão limitada, discutiram o impacto do padrão de deformação em sua resposta de tensão-tensão e, com base nisso, determinaram as leis evolutivas da tensão de Poisson do PDMS.

Este artigo começou com testes mecânicos em padrões de compressão de eixo único, alongamento de eixo único e deformação de corte simples, com o modelo de amostra mostrado na Figura 1 e a evolução do campo de tensão do PDMS durante este processo obtida pelo DIC, como mostrado nas Figuras 2 a 4. Os resultados mostraram que a tecnologia DIC poderia descrever melhor as leis de evolução do campo de tensão do PDMS com o tempo de carga em diferentes padrões de deformação.

Figura 1 Modelo de amostra

Figura 2 Evolução da tensão axial em condições de compressão de eixo único ao longo do tempo

Figura 3 Evolução da tensão de alongamento em condições de alongamento de eixo único ao longo do tempo

Figura 4 Evolução da tensão de corte ao longo do tempo em condições de corte simples

Com base nas medições de campo de tensão acima, este estudo obteve ainda mais as curvas de relação tensão-tensão para PDMS com diferentes proporções de curantes em condições de compressão de eixo único, estiramento de eixo único e corte simples, como mostrado na Figura 5. Os resultados mostraram que quanto maior a proporção de curantes, maior o módulo aparente do PDMS. Existem grandes diferenças no comportamento mecânico do PDMS em diferentes modos de deformação, o comportamento não linear em condições de compressão de eixo único é significativo e o comportamento de endurecimento por tensão domina; Em condições de corte simples, o PDMS mostra uma relação tensão-tensão de elasticidade linear aproximada; No alongamento de eixo único, quando a proporção de endurecimento é relativamente alta (10: 1), o PDMS apresenta uma resposta não linear de endurecimento após suavização, enquanto que a proporção de endurecimento é relativamente baixa. Este fenômeno pode estar relacionado com a faixa de tensão média estudada neste artigo.

Figura 5 Relação tensão-tensão de PDMS em diferentes padrões de deformação

Finalmente, este artigo obteve diretamente as leis da evolução da taxa de Poisson com a tensão do PDMS através de dados de campo de tensão em ensaios de estiramento de eixo único, como mostrado na Figura 6. Os resultados mostraram que a proporção de posamone não estava relacionada com a taxa de tensão e a proporção de curantes, com uma média de cerca de 0,44. Baseado na hipótese de elasticidade linear, este artigo obteve o módulo de Yang e o módulo de elasticidade do PDMS, respectivamente, para derivar os valores da relação de Poisson, que são semelhantes aos resultados da relação de Poisson obtidos diretamente através do campo de tensão. O PDMS se comporta como um sólido incompressível sob pequenas tensões e seu comportamento mecânico pode ser descrito por meio de modelos de elasticidade linear.

Figura 6 Evolução da comparação de Poisson PDMS com a tensão de alongamento

Em resumo, o DIC foi usado para medir o campo de tensão superficial do PDMS em três padrões típicos de deformação e determinar o tamanho da proporção de Poisson com base na hipótese de elasticidade linear e na medição de tensão direta, respectivamente. Os resultados mostraram que o comportamento mecânico do PDMS varia significativamente em diferentes padrões de deformação e pode ser considerado como sólido elástico linear em pequenas condições de deformação. É importante ressaltar que, como o escopo do estudo da tensão no presente artigo não excede 40%, o comportamento de esclerose por tensão da PDMS não se manifestou adequadamente. Portanto, ainda é necessário realizar estudos experimentais com níveis mais elevados de tensão ao construir modelos não lineares em condições de grande deformação, em que a aplicabilidade do método DIC pode ser limitada.

O artigo é intitulado "Medição da resposta mecânica axial e de cisalhamento de elastómeros PDMS e determinação da relação de Poisson usando correlação de imagem digital".