APLICAÇÃO DO MÉTODO DO TRABALHO ESSENCIAL DE FRATURA EM POLÍMEROS

O conceito do trabalho essencial de fratura (EWF) teve origem nos anos 1970 a partir de Teoria de Broberg onde foi proposto que a região não elástica na ponta da trinca fosse subdividida em uma região ona qual o processo de fratura de fato se realiza e uma região que circunda a primeira, onde se desenvolve uma ductilidade volumosa. A primeira região foi chamada de end region e a segunda denominada

outer region (Broberg, 1968).

Os trabalhos pioneiros na extensão do EWF para os polímeros são atribuídos a Mai & Cotterell (Mai & Cotterell, 1987). Após suas observações uma serie de autores se dedicaram a pesquisas nessa área, entre eles Saleemi & Nairn (1990), Mai & Powell (1991), Chan & Williams (1994), Karger-Kocsis & Czigany (1996), Wu & Mai (1996), Hashemi (1997), Marchal et al. (1997), Karger-Kocsis et al. (1997) e Bárány et al. (2003).

A denominação de Trabalho Essencial de Fratura foi dada por Cotterell & Reddel (1977) ao trabalho específico na ponta da trinca e o trabalho realizado na região do entorno foi chamado “trabalho não essencial”. Eles defenderam que o trabalho essencial de fratura é uma propriedade do material, independente da geometria do corpo de prova. Por outro lado, o trabalho não essencial depende da forma da zona plástica na vizinhança da trinca e está relacionado à energia absorvida por unidade de volume pela deformação plástica distante da superfície de fratura.

Bárány et al. (2003) estudaram o efeito do envelhecimento sob temperatura e umidade em PET. Os ensaios foram realizados em várias temperaturas, utilizando água e refrigerante com meio úmido. Verificou-se que o trabalho essencial específico de fratura foi mais sensível às condições de teste e diminui com o aumento da temperatura após o envelhecimento. Perceberam também que antes do envelhecimento we aumentou com o aumento da temperatura e tornou-se constante

ocorre devido à viscoplasticidade do PET antes do envelhecimento e devido ao efeito plastificante da água após o envelhecimento.

Li et al. (2004) estudaram o efeito da compatibilização em blendas PET/PE e verificaram que we e wp aumentam, significativamente, com a adição do

compatibilizante. Também propuseram que o limite superior para o comprimento de ligamento de W/3, sugerido pela ESIS era muito restritivo.

Chen et al. (2004) estudaram a influência de diferentes estruturas moleculares do PET e da taxa de deformação sobre os parâmetros do método EWF e verificaram que tanto we quanto wp sofrem forte influência da estrutura molecular do PET. Os

parâmetros sofrem também influência da taxa de deformação devida, segundo os autores, à competição de dois mecanismos: fragilização devido à taxa de deformação e aquecimento adiabático.

Kim e Karger-Kocsis (2004) estudaram a possibilidade de aplicar o método EWF por ensaio de rasgamento em PET e PETG e verificaram ser possível obter tanto o we quanto wp, apesar de considerarem necessários mais trabalhos para confirmação dos resultados.

Fung et al. (2005) investigaram o comportamento de fratura do poli(tereftalato de etileno) (PET), modificado por um copolímero estireno-etileno-butadieno-estireno enxertado com anidrido maléico (SEBS-g-AM) por meio do trabalho essencial de fratura (EWF). Foi observado que a incorporação de 10% em massa de borracha no PET alterou o modo de fratura de frágil para dúctil, e que para 20% massa da borracha, além da alteração no modo de fratura, o material apresentou maiores valores para we e βwp.

Vincent et al. (2006) analisaram a tenacidade à fratura das blendas poli(tereftalato de propileno) / poli(tereftalato de etileno) (PPT/PET) e poli(tereftalato de propileno)/poli(tereftalato de butileno) (PPT/PBT). Os valores do trabalho essencial específica de fratura, we , obtidos para as blendas PPT / PET variaram

entre 27,33 e 37,38 kJ/m2 enquanto que para s blendas PPT / PBT variam entre 41,78 e 64,23 kJ/m2. Esses valores mostram que a tenacidade à fratura do PPT é

reduzida pela incorporação do PET.

Yamakawa et al. (2007) se propuseram a analisar o efeito da tenacificação da PA6 pela incorporação do ABS, além da eficiência de um compatibilizante acrílico reativo (MMA-MA) através do método EWF. Observaram que o ABS efetivamente desempenha a sua função de tenacificador. Mesmo a blenda PA6/ABS tendo

apresentando valor menor de wp que a PA6, o valor de we foi 2 vezes maior para a

blenda tenacificada. Segundo os autores a diminuição de wp pode ser explicada

pelo fato do estado plano de tensão não favorecer a cavitação de partículas, o que caracteriza esse material com uma baixa capacidade de absorver energia plástica durante o processo de fratura. O agente compatibilizante mostrou-se eficaz na redução da tensão interfacial entre as fases da blenda. Isso é observado pelo aumento tanto no de we quanto wp. Os resultados confirmam que na presença do

MMA-MA ocorre uma maior aderência entre as fases elevando a sua propriedade de tenacidade á fratura.

Al-Jabareen et al. (2010) evidenciaram a presença de transesterificação nas blendas poliméricas policarbonato/poli(tereftalato de etileno) (PC/PET) rica em PC. Com o objetivo de determinar e avaliar a tenacidade à fratura de filmes (espessura = 0,7mm) dessas blendas os autores propuseram-se estuda a ação de catalisadores de transesterificação sobre essa propriedade. Os valores de we e wP para o PET

puro foram 56.4 kJ/m2 e 11.1 MJ/m3. Os valores de we e wP para o PC puro 22.4

kJ/m2 e 2.8 MJ/m3, respectivamente. As blendas sem catalisadores de transesterificação exibem um ligeiro aumento nos valores de we quando comparadas

com os valores do PC. Para os sistemas catalisados todas as composições apresentaram valores de we maiores, tanto em relação ao PC quanto em relação aos

sistemas não catalisados. A blenda PC/PET (70/30) contendo o Acetato de zinco hidratado com catalisador de transesterificação apresentou os maiores valores de we

e βwp. A Figura 36 mostras as curvas força x deformação para o PET puro e para a

blenda PC/PET (70/30) contendo o acetato de zinco hidratado (PC70Zn).

Figura 36. Curva força versus deslocamento para diferentes tamanhos de ligamento do (a) PET puro e da blenda (b) PC70Zn. Fonte: Al-Jabareen et al., 2010

3.3 APLICAÇÃO DO MÉTODO DA TENACIDADE À FRATURA EM ESTADO