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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSASETOR DE CIENCIAS AGRRIAS E DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

AUGUSTO ARAUJO VUITIKGUSTAVO LUIS WALCHAKIKAROLINA MAIAMATHEUS WEHMUTHWILLIAN DA MAIA

TRAO EM POLMEROS

PONTA GROSSA

2014AUGUSTO ARAUJO VUITIKGUSTAVO LUIS WALCHAKIKAROLINA MAIAMATHEUS WEHMUTHWILLIAN DA MAIA

TRAO EM POLMEROS

Relatrio apresentado disciplina de Ensaios e Caracterizao de Materiais do Curso de Engenharia de Materiais, 3 srie, da Universidade Estadual de Ponta Grossa UEPG.

Prof. Adriane Bassani Sowek

PONTA GROSSA2014

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SUMRIO

1REVISO BIBLIOGRFICA31.1O ENSAIO DE TRAO32OBJETIVOS53MATERIAIS E MTODOS53.1MATERIAIS53.2PROCEDIMENTO64RESULTADOS E DISCUSSO64.1TRATAMENTO DOS DADOS64.2GRFICOS DE TENSO-DEFORMAO74.2.1Polietileno84.2.2Polipropileno94.2.3Elastmero e PS11REFERNCIAS13

REVISO BIBLIOGRFICA

O ENSAIO DE TRAO

O ensaio de trao um dos ensaios mais utilizados na determinao das propriedades mecnicas da maioria dos materiais. No ensaio de trao, um corpo de prova com formas e dimenses padronizadas, como mostrado na Figura 1, submetido uma fora de trao uniaxial que tende a estic-lo ou along-lo. A cabea do corpo de prova fixada nas garras de uma mquina de ensaio que aplica esforos crescentes na sua direo axial. Durante o ensaio, so medidas a fora e a deformao correspondente. Em geral, o ensaio realizado at a ruptura do corpo de prova [1].

Figura 1: Tipos de corpos de prova mais usados para ensaio de trao.

Fonte: [1]

Este ensaio geralmente realizado na mquina universal que tem esse nome porque se presta realizao de diversos tipos de ensaios. Esta mquina possui um registrador grfico acoplado que vai traando o diagrama de fora versus deformao, em um computador ou em papel milimetrado, medida que o ensaio realizado. A figura 2 apresenta uma mquina de ensaio de trao esquemtica. [1]

Figura 2: Representao esquemtica da maquina universal de ensaios.

Fonte: [1]

A partir das medidas de cargas e os respectivos alongamentos, constri-se a curva tenso versus deformao, assim como na Figura 3, a qual mostra essa relao para diferentes tipos de polmeros. [2]

Figura 3 Comportamento tenso-deformao para polmeros frgeis (curva A), plsticos (curva B) e altamente elsticos (curva C).

Fonte: [2]Em termos gerais o teste de trao tem uma s conduta de procedimentos. Basicamente um corpo de prova submetido a uma carga de trao crescente at atingir a ruptura. As medies feitas ao longo do teste que diferem, de acordo com o tipo de comportamento do material. Assim, para materiais frgeis, os parmetros da zona elstica e a tenso de ruptura so identificados no teste. Para os materiais dcteis, necessrio identificar outros parmetros, como as tenses durante a fase no linear de deformaes, as tenses durante o escoamento e a tenso mxima antes da ruptura. [2]

OBJETIVOS

Diferenciar de acordo com a estrutura qumica as propriedades mecnicas de diferentes polmeros.

MATERIAIS E MTODOS

MATERIAIS

Foram utilizados corpos de prova na forma de gravata de seo retangular, moldados por injeo, cujas dimenses variaram de acordo com o material [3]: PS; PEAD, PEBD; PP e PP reforado com farelo de soja nas dimenses 4x10mm; Etileno-octeno nas dimenses 3,2x12,7mm.As medidas foram feitas com um paqumetro de preciso 0,02mm e os ensaios foram realizados na mquina Universal de Ensaios Shimatzu, com os suportes adaptados para trao polimrica.

PROCEDIMENTO

Testaram-se trs corpos de prova de cada polmero indicado, totalizando 18 corpos de prova. A velocidade de ensaio foi de 50mm/min para todos os corpos de prova exceto os de PP, para o quais a velocidade foi de 5mm/min.Aps fornecer as dimenses de cada amostra ao equipamento e realizar o ensaio, foram plotados grficos de tenso-deformao para cada polmero. Em seguida, calculou-se a tenso elstica, a tenso mxima e a tenso de ruptura; bem como as deformaes percentuais elsticas e de ruptura.

RESULTADOS E DISCUSSO

TRATAMENTO DOS DADOS

Abaixo esto listados os principais pontos retirados dos grficos para cada amostra estudada.

Tabela 1: Valores de tenso e deformao retirados dos grficos fornecidos pelo equipamento para as diferentes amostras. O Mdulo de Elasticidade dado pela relao entre tenso e deformao.TENSO (MPa)DEFORMAO MXIMAMDULO DE ELASTICIDADE (MPa)

AMOSTRAELSTICAMXIMARUPTURAELSTICARUPTURA

PEBD7,7187510,28917,16015847%919%16,42

7,8906310,11727,0742255%993%14,35

7,7929710,14457,86718853%943%14,70

PEAD23,738325,65949,22187549%2925%48,45

23,659425,54847,8547%1247%50,34

22,801624,72197,63437546%2061%49,57

PP17,4030337,043830,5578613%162%133,87

23,458637,628131,3656318%134%130,33

17,8023536,265619,2796913%190%136,94

PP REFORADO11,9609427,809426,034389%94%132,90

12,0734425,882823,6510%63%120,73

11,9570325,254723,910%48%119,57

ETILENO-OCTENO1,2464633,31073,30878116%3942%1,07

1,2787593,285713,285711108%4056%1,18

1,27872173,383753,38336697%3936%1,32

PS38,453138,453136,7812524%24%160,22

40,113340,113340,0468823%23%174,41

39,37539,37539,37522%22%178,98

Os valores do Mdulo de Elasticidade (E) so obtidos por [3]:

Equao 1: Mdulo de Elasticidade, que relaciona a tenso na regio elstica e sua respectiva deformao.

Entende-se por regio elstica aquela onde tenso e deformao se relacionam por uma reta que obedece a lei de Hooke, com uma constate de proporcionalidade. Nessa regio tambm, as deformaes podem ser recuperadas [2].Da Tabela 1 foram calculados os seguintes valores mdios:Tabela 2: Valores mdios obtidos para cada srie de amostras.TENSO (MPa)DEFORMAOMDULO DE ELASTICIDADE (MPa)

AMOSTRAELSTICAMXIMARUPTURAELSTICARUPTURA

PEBD7,8010,187,3752%952%15,16

PEAD23,4025,318,2447%2078%49,45

PP19,5536,9827,0715%162%133,71

PP REF.12,0026,3224,5310%68%124,40

C2C81,273,333,33107%3978%1,19

PS39,3139,3138,7323%23%171,20

Quanto ao mdulo de elasticidade, o elastmero apresenta o menor valor; pois deforma muito em pequenas tenses. J o PEAD apresenta um mdulo cerca de trs vezes maior que o mesmo polmero com baixa densidade. A presena de reforo no polipropileno acaba diminuindo seu mdulo de elasticidade; enquanto o poliestireno apresenta o maior mdulo entre todos os polmeros analisados.A seguir, esses comportamentos sero discutidos ao se comparar os grficos de tenso-deformao de cada srie de amostras.

GRFICOS DE TENSO-DEFORMAO

A tenso em cada ponto foi determinada relacionando a fora exercida sobre a rea de seo transversal de cada amostra. J a deformao percentual foi obtida pela razo entre a variao provocada no comprimento e o comprimento inicial [3].Polietileno

Grfico 1: Diagrama de tenso-deformao para o polietileno de baixa densidade.

Grfico 2: Diagrama de tenso-deformao para o polietileno de alta densidade.

A diferena entre os dois polmeros unicamente a organizao dos seus meros. Ambos possuem a mesma composio qumica, porm o PEAD apresenta molculas lineares, enquanto o PEBD possui ramificaes. A estrutura do PEAD facilmente organizada, o que favorece a cristalizao. Como a molcula est mais empacotada, necessrio fornecer uma grande quantidade de energia para que as cadeias se movimentem [4].

Figura 4: Mero de polietileno, composto apenas por carbono e hidrognio.

Fonte: [4]De fato, com pouco mais de 8MPa as cadeias de PEBD j se deformam plasticamente, enquanto necessria uma energia quase trs vezes maior, cerca de 26MPa, para iniciar o processo no PEAD. A deformao inicial no PEAD corresponde orientao da fase amorfa, seguida pela deformao da regio cristalina. Por conta disso este material consegue deformar muito mais que o PEBD, tanto elstica quanto plasticamente [2].Ainda, no PEBD ocorre uma pequena queda na tenso, devido formao de um pescoo no corpo de prova. Porm, como as cadeias se orientam com a aplicao de tenso e aumenta o nmero de ligaes secundrias, h um acrscimo na tenso mxima suportada [2].

Polipropileno

Grfico 3: Diagrama de tenso-deformao para o polipropileno puro.

Grfico 4: Diagrama de tenso-deformao para o polipropileno reforado com farelo de soja.

Comparando sua estrutura com a do polietileno, o polipropileno possui um carbono substitudo por um radical metil que pende da cadeia principal. Isso acaba enrijecendo as molculas deste polmero [4].

Figura 5: Mero do polipropileno, onde ocorre a substituio por um radical metil.

O fato de ter uma cadeia mais rgida ocasiona que a tenso mxima suportada maior do que no polietileno. necessria uma energia maior para deformar o corpo de prova de PP, e isso ainda provoca deformaes muito menores do que nas duas classes de PE analisadas [4].A adio de um reforo nesse polmero deveria aumentar ainda mais as suas propriedades mecnicas, visto que as partculas de reforo normalmente so mais frgeis do que a matriz polimrica. Isso pode fazer com que o compsito suporte tenses mais elevadas dentro da regio elstica [2].Entretanto, esse comportamento no observado com a adio de farelo de soja na matriz de PP, que acaba apresentando um desempenho inferior ao da matriz pura. Com a adio de farelo, a mobilidade das cadeias diminui, refletindo na menor deformao elstica. Porm, a ligao interfacial entre os componentes no satisfatria e, a partir de certo ponto, as partculas passam a atuar como defeitos, acelerando a fratura do polmero.

Elastmero e PS

Grfico 5: Diagrama de tenso-deformao para o elastmero etileno-octeno.

O etileno-octeno um elastmero que possui uma pequena quantidade de ligaes cruzadas, sendo capaz de recuperar pequenas deformaes elsticas e suportando grandes deformaes plsticas at a ruptura. De todos os polmeros analisados, o que apresentou as maiores deformaes e as menores tenses de ruptura.Por outro lado, o PS possui um anel aromtico pendendo da cadeia principal. Assim como o radical metil no polipropileno, o anel benznico enrijece a estrutura; porm este o faz de uma forma muito mais significativa, pois tem volume maior que o metil [4].Figura 6: Mero do poliestireno, com a presena de um anel aromtico.

Fonte: [4]

Grfico 6: Diagrama de tenso-deformao para o poliestireno.

Devido ao enrijecimento da cadeia, o PS possui comportamento frgil, oposto ao do elastmero. O material suporta elevadas tenses, porm no capaz de deformar muito acima do seu comprimento inicial. Novamente, o volume dos anis aromticos dificulta a mobilidade das cadeias. [4].

CONCLUSO

O ensaio de trao a tcnica mais difundida para se analisar as propriedades mecnicas de um material. No caso dos polmeros, esse comportamento est ligado com a organizao dos tomos nas molculas, a orientao das cadeias e com a presena de agentes que alterem a sua movimentao. aconselhvel projetar um material para que ele opere dentro do regime elstico, pois dessa forma possvel evitar a fratura catastrfica. Por conta disso, um parmetro muito importante para a seleo de materiais o mdulo de elasticidade.

REFERNCIASx1.PADILHA, . F. Materiais de Engenharia - Microestrutura e Propriedades. Curitiba: Hemus, 2000.2.CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Materials Science and Engineering an Introduction. 8. ed. Hoboken: Wiley & Sons, Inc, 2010. ISBN 978-0-470-41997-7.3.CANEVAROLO, S. V. Tcnicas de Caracterizao de Polmeros. 1. ed. So Paulo: Artiliber, 2004.4.CANEVAROLO, S. V. J. Cincia dos polmeros: texto base para tecnlogos e engenheiros. 2. ed. So Carlos: Artiiber Editora Ltda., 2006.

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