Introdução ao comportamento de longo prazo dos polímeros
Nos artigos anteriores, discutimos os efeitos da temperatura e do tempo no comportamento de longo prazo dos polímeros, além de abordar brevemente a taxa de deformação. O terceiro eixo fundamental para entender o comportamento dos polímeros é o estresse. Normalmente, consideramos o estresse como uma característica de curto prazo, uma vez que as informações fornecidas pelas fichas técnicas estão relacionadas apenas à parte da curva tensão-deformação onde ocorrem eventos catastróficos, como o rendimento do material ou sua falha completa. No entanto, essa informação indica apenas o que não devemos fazer com um material, sem orientação sobre o que podemos esperar no caso de uma aplicação bem-sucedida.
Relação entre estresse e deformação
Supondo que a curva tensão-deformação seja obtida na temperatura da aplicação, o ponto de rendimento ou falha fornecerá um limite superior útil, desde que a duração da aplicação seja muito curta. No entanto, com o aumento do tempo de carregamento, descobrimos que nos sistemas poliméricos, o estresse aplicável deve ser reduzido para que a peça funcione conforme esperado durante toda a vida útil do produto.
Curva tensão-deformação e comportamento de longo prazo
A Figura 1 mostra uma curva tensão-deformação gerada à temperatura ambiente para um policarbonato não preenchido. A curva indica um estresse de 9500 psi (65,5 MPa) e uma deformação de 8%. Já sabemos que a forma dessa curva mudará em função da temperatura, mas por enquanto, vamos supor que o ambiente da aplicação permanecerá sempre em temperatura ambiente e esses valores servirão como orientação para as capacidades do material.
Se examinarmos essa curva de perto, veremos que a relação entre estresse e deformação é linear apenas em uma pequena parte da curva. Por exemplo, uma deformação de 0,5% está associada a um estresse de 1700 psi (11,7 MPa). Se o comportamento do material fosse estritamente linear, seria necessário três vezes mais estresse, ou 5100 psi (35,1 MPa), para atingir uma deformação de 1,5%. No entanto, o gráfico mostra que o estresse necessário para atingir essa deformação é de apenas 4270 psi (29,45 MPa), ou cerca de 84% do que seria necessário se o material mantivesse uma relação proporcional tensão-deformação.
Influências no comportamento de longo prazo de materiais plásticos
Já sabemos que um sistema polimérico sob estresse constante apresenta um aumento contínuo na deformação conhecida como deformação por fluência. Quanto maior o estresse aplicado, maior será o aumento na deformação por fluência. No entanto, é importante lembrar que cada material tem uma deformação limite além da qual não pode funcionar, e como a fluência aumenta mais rápido em estresses mais altos, isso significa que a vida útil do produto será reduzida.
Tempo para fratura e comportamento de longo prazo
A linha “Tempo para Fratura” mostra a relação entre estresse e tempo para falha a temperatura ambiente. Note que, em tempos muito curtos (menos de uma hora), o estresse máximo permitido é quase equivalente ao estresse de rendimento medido na Figura 1. No entanto, à medida que a escala do tempo aumenta, o estresse permitido diminui. Isso nos mostra que saber a vida útil esperada de um produto é importante para avaliar as capacidades mecânicas dos materiais selecionados para a aplicação.
Craqueamento dos polímeros
A Figura 2 também mostra um comportamento muito interessante, o “craqueamento” ou início de falha em um material polimérico, especialmente em polímeros amorfos, como o policarbonato (PC). Se o craqueamento ocorre na presença de determinados produtos químicos que podem atuar como agentes de trincas por estresse, ele levará rapidamente a uma falha completa. Agentes de trincas por estresse estão presentes em todos os lugares: detergentes, lubrificantes, plastificantes etc. O craqueamento por estresse é a causa mais comum de falha de produtos plásticos e é particularmente difícil de ser gerenciado, uma vez que o tempo de ocorrência deste tipo de falha é geralmente de semanas ou meses.
Recapitulando e conclusão
Em resumo, os principais fatores que influenciam o desempenho de longo prazo de um material plástico são temperatura, tempo e estresse e estão interrelacionados. Sempre que um desses parâmetros muda, os outros também devem ser ajustados para garantir o funcionamento adequado do produto. Essa interação, juntamente com a escassez de bons dados que capturem esse comportamento, faz parte do desafio de selecionar o material polimérico adequado para uma aplicação.
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Última atualização em 6 de março de 2024
