ANÁLISE FRACTOGRÁFICA

5.7.1 Análise fractográfica das amostras fraturadas em ensaio de tração convencional

As Figuras 78 (a) e (b) ilustram uma análise de Energia Dispersiva de Raios X (EDS) da superfície de fratura da blenda 15/85 (PMMA/PETrec) não tratada. Essa analise foi realizada com a finalidade de observar a concentração de RuO4 em cada diferente região mostrada para uma possível distinção entre as fases.

Figura 78. Imagem de MEV da região: (a) clara da superfície de fratura da blenda 15/85 (PMMA/PETrec); (b) escura da superfície de fratura da blenda 15/85 (PMMA/PETrec).

Observou-se na Figura 78 (a) maior concentração de RuO4. Sabendo-se que o RuO4 reage preferencialmente com anel aromático presente na estrutura do PETrec, essa maior concentração permitiu determinar a região clara da fratura como sendo uma região rica em PETrec, enquanto que a pequena região escura analisada pode ser considerada uma região rica em PMMA.

(a)

A Figura 79 apresenta imagens obtidas por MEV da superfície de fratura da blenda 15/85 após fratura por tração sem a presença de entalhe e pré-trinca.

A escolha dessa composição para analise deveu-se as variações das propriedades mecânicas apresentas pela mesma após tratada.

As imagens a, b e c da Figura 79 evidenciam a possível região de origem da fratura, mostrando que antes de tratada e após o tratamento T2 essa região foi localizada no centro da amostra.

Nas três condições as amostras da blenda 15/85 apresentaram características de fratura frágil, o que concorda com o perfil de curva tensão versus deformação exibidos por essa blenda antes e após tratadas.

A sequência de imagens da esquerda apresenta a superfície de fratura da blenda 15/85 não tratada. Na região central da amostra foi possível observar uma região de nucleação da trinca (imagem (a)). A imagem (d) mostra a região espelhada próximo ao ponto de nucleação, que é característica de um crescimento lento de trinca (seta vermelha). Nas imagens (g) e (j) que apresentam uma maior ampliação da região de nucleação de trinca, foi possível observar que não ocorreu nenhum efeito plástico, confirmando o comportamento frágil do material.

Comparando a imagem (b) da sequência central com a imagem (a) da sequência da esquerda percebeu-se que, após tratada por T1 a região característica de nucleação de trinca não foi mais percebida na superfície de fratura da blenda 15/85. A imagem (e) mostrou que apenas a região de crescimento lento de trinca e a região de crescimento rápido de trinca estão presentes. Isto indica, que após o tratamento T1 ocorreu um redução na capacidade do material em retardar a nucleação e o crescimento da trinca, o que foi confirmado pela presença de trincas na superfície da amostra conforme apresenta as imagens (h) e (k) (indicadas por setas vermelhas) e corrobora com as propriedades mecânicas apresentadas por essa blenda após tratada.

Comparando a imagem (a) da sequência da esquerda com a imagem (c) da sequência da direita, pode-se perceber que as regiões da origem de fratura das amostras foram bem semelhantes, mas que para a mostra tratada por T2 a região de nucleação de trinca foi bem maior. Nas imagens (f), (i) e (l) são apresentas ampliações dessa região mostrando que antes da fratura ocorreu uma pequena deformação no sentido da solicitação mecânica (indicas por setas vermelhas). O que explica o perfil de curva apresentado por essa blenda após tratada por T2.

Blenda 15/85 (PMMA/PETrec)

Não Tratada Tratamento T1 Tratamento T2

50x 50x 50x

500x 500x 500x

5000x 5000x 5000x

1000x 1000x 1000x

Figura 79. Imagem de MEV da superfície de fratura da blenda 15/85 (PMMA/PETrec) em 3 diferentes

condições após submetidas a ensaio de tração convencional .

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

A Figura 80 apresenta a superfície de fratura de blenda 50/50 após submetida ao ensaio de tração. A partir da imagem (g) foi possível observar que blenda 50/50 apresenta uma matriz de PETrec (região mais clara (setas vermelhas)) com uma fase dispersa de PMMA (região mais escura(setas pretas)). A inversão de fase ocorreu á essa concentração, pois o PETrec possui maior densidade que o PMMA. Dantas (2011) obteve esse mesmo resultado analisando superfície de fratura criogenada para a blenda 50/50. Isso mostrou a eficiência do tingimento com RuO4 para distinção das diferentes fases da blenda PMMA/PETrec .

50/50 (PMMA/PETrec ) Não Tratada

50x 80x

250x 500x

1000x 2500x

10000x 15000x

Figura 80. Imagem de MEV da superfície de fratura após subemtida a ensaio de tração convencional da blenda 50/50 (PMMA/PETrec) não tratada, mostrando a inversão de fases. PETrec passa á ser a

matriz (região clara – setas vermelhas) e PMMA passa a ser a fase dispersa (região mais escura – setas pretas) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (a) (h)

A Figura 81 apresenta a superfície de fratura das blendas 70/30 e 65/30/5 não tratadas. Na sequência de imagens da esquerda observa-se que a blenda 70/30 não apresentou adersão entre as fases. Isso pode ser percebido observando a superfície de fratura mostrada na imagem (e). A imagem (g) mostra possíveis partículas de PETrec sendo arrastadas (setas pretas), sendo um indício de pouca adesão entre as fases.

A sequência da direita da Figura 81 apresenta a superfície de fratura da blenda 65/30/5. Comparando a imagem (e) com a imagem (f) observa-se uma maior adersão entre as fases na blenda 65/30/5, mostrando que possivelmente essas responderam uniforme às solicitações mecânicas. Isso pode ser comprovando ao comparar as imagens (g) e (h). Na imagem (g) foi observado arrastamento das partículas de PETrec na matriz de PMMA, enquanto a imagem (h) mostrou as partículas de PETrec sem deformações (setas pretas). As morfologias dessas superfícies de fratura confirmaram o que foi observado para a resistência à tração das blendas 70/30 e 65/30/5, uma vez que o agente compatibilizante proporcionou uma melhor adesão entre as fases, possibilitando a transferência de tensões entre elas.

Blenda 70/30 (PMMA/PETrec) Blenda 65/30/5 (PMMA/PETrec/MMA-GMA-EA) Não Tratadas 50x 50x 500x 500x 2500x 2500x 5000x 5000x

Figura 81. Imagem de MEV da superfície de fratura das blendas 70/30 (PMMA/PETrec) e 65/30/5

(PMMA/PETrec/MMA-GMA-EA) não tratadas.

(a) (d) (c) (b) (g) _(h) (e) (f)

5.7.2 Análise fractográfica das amostras fraturadas em ensaio de tração de corpos de prova entalhados e pré-trincados (tamanho de pré-trinca de ≈ 0,5 mm)

A Figura 82 apresenta imagens obtidas por MEV da superfície de fratura da blenda 15/85 após fratura por tração com a presença de entalhe de 2 mm e uma pré-trinca de aproximadamente 0,5 mm.

A escolha dessa composição para análise deveu-se as variações dos valores de KT apresentas pela mesma após submetida aos dois tratamentos.

As setas pretas e as setas vermelhas indicam a região entalhada e a região pré-trincada das amostras, respectivamente (imagens (a), (b) e (c)).

Nas três condições as amostras da blenda 15/85 apresentaram características de fratura frágil, sendo que a região de origem da fratura não está mais no centro da amostra (conforme as imagens da Figura 79), mas logo abaixo da região pré-trincada, conforme mostra a região circulada nas imagens (a), (b) e (c).

A sequência de imagens da esquerda apresenta a superfície de fratura da blenda 15/85 não tratada. Logo abaixo da região pré-trincada foi possível observar uma região de nucleação de trincas (imagem (a)), indicando que a presença da pré- trinca sozinha não foi capaz de levar o material à fratura catastrófica, mas levou a nucleação de outras trincas. As imagens (d), (g) e (j) apresentam uma maior ampliação da região de nucleação de trinca, onde foi possível observar a ocorrência de deformação localizada da matriz de PETrec na direção da solicitação (setas vermelhas) e possível arranchamento das partículas de PMMA. Essas imagens mostram que a nucleação de novas trincas, a propagação dessas e da pré-trinca introduzida foi retarda pela ocorrência dessa deformação e que a resposta do material à solicitação mecânica foi influenciada pelas propriedades individuais dos polímeros. A superfície de fratura apresentada por essa blenda antes dos tratamentos é coerente com o seu valor de KT, pois esse mostrou ser o menor valor entre todas as blendas.

Comparando a imagem (b) da sequência central com a imagem (a) da sequência da esquerda percebeu-se que, após tratada por T1 a região característica de nucleação de trinca foi bastante reduzida. Isso mostrou que para levar o material à fratura catastrófica ainda foi necessário a nucleação de novas trincas, mas em uma menor quantidade. Nas imagens (e), (h) e (k) que apresentam uma maior ampliação da região de nucleação de trinca, percebeu-se que essa região, contrário

ao ocorrido para a blenda não tratada, não apresentou nenhuma deformação na direção da solicitação. Desta forma a nucleação de novas trincas, a propagação dessas e a propagação da pré-trinca introduzida não foram retardadas por nenhum efeito de deformação. Esse comportamento levou o material à fratura catastrófica com uma maior facilidade quando comparado ao material não tratado. Mostrando com isso que após o tratamento T1 ocorreu uma redução na capacidade de deformação do material, o que tornou a blenda mais sensível à presença de concentradores de tensão, explicando assim o aumento do valor de KT.

Comparando a imagem (a) da sequência da esquerda com a imagem (c) da sequência da direita, pode-se perceber que na mostra tratada por T2 a região de nucleação de trinca foi bem maior. Nas imagens (i) e (l) são apresentas ampliações dessa região mostrando que antes da fratura ocorreu uma pequena deformação no sentido da propagação da trinca (indicas por setas vermelhas). Sendo essa deformação muito localizada e não se estendendo para toda a região de nucleação de trinca, pode-se afirmar que o material mostrou-se ainda mais sensível à presença de concentradores de tensão que antes do tratamento. O que explica a tendência de elevação do valor de KT apresentado por essa blenda na Figura 69.

Blenda 15/85 (PMMA/PETrec)

Não Tratada Tratamento T1 Tratamento T2

50x 50x 50x

500x 500x 500x

5000x 5000x 5000x

10000x 10000x 10000x

Figura 82. Imagem de MEV da superfície da blenda 15/85 (PMMA/PETrec) submetida a ensaio de

tração com a presença de entalhe e pré-trinca. (a) (f) (k) (l) (h) (i) (j) (g) (f) (e) (d) (b) (f) (c) (f)

5.7.3 Análise fractográfica das amostras submetidas ao ensaio de KIC

A Figura 83 apresenta imagens MEV da superfície de fratura da blenda 15/85 após o ensaio de KIC.

As setas pretas e as setas vermelhas indicam a região entalhada e a região pré-trincada das amostras, respectivamente (imagens (a), (b) e (c)). Observou-se uma região curvilínea imediatamente a frente da pré-trinca introduzida.

Comparando as imagens (d), (e) e (f) pode-se perceber que para a blenda 15/85 não tratada e tratada por T2 essa região curvilínea se estende até aproximadamente o meio da amostra.

Peres (2009) observou uma região semelhante a essa quando realizou ensaio de KIC para o Polietileno (criogenado). Também foi percebido que as curvas força

versus deslocamento para todos os materiais ensaiados apresentaram um discreto

desvio de linearidade no inicio de carregamento. O comportamento apresentado foi atribuído à presença dessa região, que o autor considerou ser uma região de crescimento estável de defeitos (Região de nucleação de trincas).

No caso das superfícies de fratura apresentadas pela 15/85 antes e após o tratamentos térmicos as curvas mostraram um comportamento completamente linear, não sendo evidenciado nenhum desvio de linearidade. Isso pode ser observado na Figura 84. O perfil dessas curvas indica que a região curvilínea não pode ser tomada com uma região de crescimento estável de trinca (ou região de nucleação de trincas), já que nenhum desvio de linearidade foi observado. Desta forma, para entender mais claramente o mecanismo de fratura dessa blenda se faz necessário um estudo mais detalhado a respeito do assunto.

Observou-se que após o tratamento térmico T1 essa região curvilínea foi reduzida, indicando que o mecanismo de fratura apresentado sofreu influência da variação do grau de cristalinidade.

Blenda 15/85 (PMMA/PETrec)

Não Tratada Tratamento T1 Tratamento T2

30x 30x 30x

30x 30x 30x

250x 250x 250x

5000x 5000x 5000x

Figura 83. Imagem de MEV da superfície da blenda 15/85 (PMMA/PETrec) submetida a ensaio de KIC.

(a) (b) _(c)

(d) _{(e) (f)}

(g) _{(h) (i)}

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 FO RÇ A (N) DESLOCAMENTO (mm) 15/85 NT - 712,58 N 15/85 T1 - 537,10 N 15/85 T2 - 735,89 N

Figura 84. Curvas força versus deformação para a blenda 15/85 (PMMA/PETrec) não tratada (NT),

6 CONCLUSÕES

Este trabalho teve como objetivo principal analisar a influência dos tratamentos térmicos sobre o grau de cristalinidade da blenda PMMA/PETrec com e sem o uso do agente compatibilizante MMA-GMA-EA e correlacionar com suas propriedades mecânicas e tenacidade à fratura. As principais conclusões do trabalho foram:

 Os tratamentos térmicos realizados foram eficientes na obtenção da variação do grau de cristalinidade;

 O tratamento T1, realizado a 130 °C por 30 minutos e resfriado ao ar (25 °C), promoveu aumento no grau de cristalinidade das blendas e do PETrec;

 O tratamento T2, realizado a 230 °C por 5 minutos e resfriado rapidamente em um banho a -10 °C, promoveu uma redução no grau de cristalinidade das blendas, enquanto que PETrec apresentou um aumento;

 O aumento no grau de cristalinidade observado para o PETrec puro após tratado por T2, mostrou que o tempo ou a temperatura de resfriamento não forma suficiente para impedir a cristalização desse material;

 As variações do grau de cristalinidade apresentadas pelas blendas mostraram que a presença do PMMA e do agente compatibilizantes (MMA-GMA-EA) inibiu a cristalização do PETrec presente nas blendas. Esse efeito foi causado pela redução da mobilidade das cadeias de PETrec na presença desses materiais;

 A influência dos tratamentos térmicos sobre as propriedades mecânicas das blendas seguiu a mesma tendência mostrada pela variação do grau de cristalinidade. Desta forma as blendas ricas em PMMA mostraram as maiores variações para essas propriedades após tratadas por T2, enquanto que a blenda 50/50, as blendas ricas em PETrec e o PETrec puro apresentaram as maiores variações após tratadas por T1;

 Não foi possível a obtenção de valores válidos de KIC para a maioria dos materiais. A não obtenção desses valores mostrou que os corpos de prova utilizados não são ideias para esse ensaio, sendo necessários corpos de prova com maior espessura, e ainda, que o método de pré-trincamento precisa ser melhorado, a fim de produzir trincas com dimensões e aspectos mais próximos dos apresentados por defeitos naturais;

 O tratamento T1 acarretou em redução da tenacidade à fratura aparente dos materiais, sendo esse efeito mais evidente nas blendas ricas em PETrec e no PETrec puro;

 A redução da tenacidade à fratura após o tratamento térmico T1 proporcionou a possibilidade de obtenção de valores válidos de KIC para as blendas 50/50, 30/70 e 65/30/5;

 O tratamento T2 proporcionou certa elevação nos valores de KQ das blendas. Esse efeito foi mais pronunciado para as blendas compatibilizadas, em especial para a blenda 80/15/5;

 Não foi possível a aplicação do Método EWF para avaliar a tenacidade à fratura das blendas e dos polímeros puros, pois suas curvas força versus deslocamento apresentaram comportamento linear, contrariando o 2° e o 3° critério de aplicabilidade do método;

 È necessário um estudo mais detalhado sobre as superfícies de fratura mostradas pela blenda 15/85 (PMMA/PETrec) após o ensaio de KIC;

 O tingimento com RuO4 tornou possível a observação e distinção entre as fases da blenda PMMA/PETrec para análise fractográfica.