Ensaio de tração

A Figura 33 mostra algumas curvas tensão x deformação representativas, das formulações: de PA12 extrudado; PA12 com 5% PE-g-MA; PA12 com 20% XLPE;

PA12 com 20% XLPE mais os compatibilizantes: PE-g-MA (2%, 4% e 8%), Surlyn®

(4%) e Sentryglas® (4%).

Figura 33 - Curvas tensão versus deformação representativas

Fonte: Autor

As curvas tensão-deformação obtidas nos ensaios realizados com extensômetro de 500 e 10% de deformação estão nos Apêndices D e E, respectivamente. Os valores médios e os respectivos desvios-padrão dos resultados de resistência à tração, deformação na ruptura e módulo de elasticidade estão apresentados na Tabela 17. Para as composições sem XLPE, a resistência à tração foi considerada a tensão máxima na região de escoamento, que ocorre por volta de

0 10 20 30 40 50

0 20 40 60 80 100 120

Tensão (MPa)

Deformação (%)

Curvas Tensão X Deformação representativas

PA12-EXT PA12/PEgMA5

PA12/XLPE20 PEgMA2

PEgMA4 PEgMA8

SL4 SG4

10% de deformação, e não a tensão máxima da curva, imediatamente antes da ruptura. Este pico de tensão ocorre pela ocorrência da alta orientação das cadeias poliméricas da poliamida 12 a deformações elevadas, aumentando assim a resistência (strain hardening) pouco antes da ruptura.

Tabela 17 – Resultados dos ensaios de tração

Composição

Resistência à tração (MPa)

Deformação na ruptura (%)

Módulo elástico de tração (MPa) Média Desvio

Padrão Média Desvio

Padrão Média Desvio Padrão

1 PA12 41,3 0,5 246 6,0 1840 80

2 PA12-EXT 42,0 0,4 233 5,0 2410 150

3 PA12/PE-g-MA5 38,2 0,3 217 6,0 1340 40

4 PA12/XLPE20 26,9 0,3 28,4 2,1 1450 90

5 PE-g-MA2 29,7 0,4 48,6 3,5 1490 150 6 PE-g-MA4 31,2 0,6 55,8 5,2 993 37 7 PE-g-MA8 29,7 0,3 79,1 4,0 1060 20

8 SL2 27,1 0,3 20,2 2,0 1230 110

9 SL4 28,9 0,7 17,4 1,1 1090 20

10 SL8 28,6 0,5 12,8 1,5 1170 40

11 SG2 27,6 0,3 21,4 3,5 1280 100

12 SG4 27,8 0,5 25,5 3,3 1070 40

13 SG8 29,7 0,3 24,4 1,6 1230 50

Fonte: Autor

Os resultados de resistência à tração e seus respectivos desvios-padrão são apresentados graficamente na Figura 34.

Figura 34 - Representação gráfica dos resultados de resistência à tração

Fonte: Autor

A Tabela 18 mostra a análise de variância para os resultados encontrados para resistência à tração.

Tabela 18 - ANOVA para os resultados de resistência à tração

Análise n° Formulações comparadas Valor p

1 PA12

0,044 PA12-EXT

2 PE-g-MA2

0,002 PE-g-MA4

3 PE-g-MA2

0,993 PE-g-MA8

4 PA12/XLPE20

0,269 SL2

5 PA12/XLPE20

0,0003 SL4

6 SL4

0,370 SL8

7 PA12/XLPE20

0,005 SG2

8 PA12/XLPE20

0,009 SG4

Fonte: Autor 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Resistência à tração (MPa)

Com base nos resultados obtidos, pode-se notar um discreto aumento na resistência à tração da poliamida 12 extrudada em comparação com a poliamida 12 que não passou pelo processo de extrusão, conforme análise n°1 da Tabela 18. O aumento desta propriedade provavelmente está relacionado ao aumento do grau de cristalinidade após processo de extrusão, conforme observado nos resultados de DSC e DRX. Sabe-se que com o aumento do grau de cristalinidade dos polímeros há um aumento nos valores de tensão no ponto do escoamento e do módulo elástico (GILBERT, 2017)

Também é possível observar que a adição de 20% de resíduos de XLPE na matriz polimérica da poliamida 12 resultou em uma queda de aproximadamente 36%

na resistência à tração se comparado com o resultado obtido para a poliamida 12 extrudada sem carga. Os trabalhos de Silva (2018), Lindqvist et al. (2018) e Soares (2019), que tratam da adição de XLPE em matrizes poliméricas quimicamente distintas também encontraram diminuição na resistência à tração. Além disso, a intensidade da queda aumentou à medida que o teor da fase dispersa aumenta, podendo caracterizar alta tensão interfacial e fraca adesão entre as fases, conforme ressaltado por Silva et al. (2016). A fraca adesão entre o XLPE e a PA12 foi evidenciada pela análise das micrografias de MEV apresentada no item 4.2.2. A queda desta propriedade também pode estar ligada à diminuição do grau de cristalinidade da poliamida 12 com a adição da fase dispersa, conforme evidenciado na primeira corrida do ensaio de DSC (Seção 4.3.2.1).

Para a formulação PA12/PE-g-MA5, confeccionada para a avaliação do efeito do agente compatibilizante de forma isolada na poliamida 12, notou-se uma redução na resistência à tração de 9% em comparação com a poliamida 12 extrudada.

Com a adição de PE-g-MA como agente compatibilizante, pode-se notar que houve uma recuperação parcial dessa propriedade, sendo a concentração de 4%

aparentemente o ponto com maior compatibilização (conforme análise n°2 da Tabela 18), chegando a 16% de aumento se comparado com o resultado obtido para o composto sem agente compatibilizante. Esse resultado corrobora as análises de MEV para a formulação PE-g-MA4, nas quais é observado um menor número de vãos e lacunas em comparação com a formulação sem agente compatibilizante. Levando em consideração a redução observada na resistência à tração com a adição do PE-g-MA de forma isolada, os aumentos observados nas formulações PE-g-MA2 e PE-g-MA4

sugerem uma melhora na adesão entre matriz e fase dispersa. Ao aumentar o teor de PE-g-MA para 8%, ocorre uma pequena redução da resistência à tração, retornando aos patamares encontrados para 2% do compatibilizante (conforme análise n°3 da Tabela 18). É possível que parte do PE-g-MA tenha passado a atuar como uma terceira fase, e não apenas como compatibilizante, gerando um efeito de redução dessa propriedade semelhante ao observado na formulação PA12/PE-g-MA5.

A adição de Surlyn® como agente compatibilizante não surtiu efeito significativo na concentração de 2% (conforme análise n°4 da Tabela 18), mas apresentou um discreto aumento de 8% na resistência à tração para as concentrações 4 e 8%, se comparado à formulação sem agente compatibilizante (conforme análises n° 5 e 6 da Tabela 18). Almeida (2019) realizou ensaios de tração em corpos de prova de Surlyn® nos mesmos parâmetros que o presente trabalho e encontrou um valor de resistência à tração do ionômero próximo a 19 MPa, além disso, a adição de 5% do ionômero na matriz polimérica de PA6 reduziu a resistência à tração. Assim sendo, o pequeno aumento da resistência à tração observado nas formulações SL4 e SL8 pode ser sinal de uma discreta melhora na compatibilização.

A incorporação do ionômero Sentryglas® no composto de poliamida 12 com XLPE nos teores de 2 e 4% mostrou um discreto aumento de aproximadamente 3%.

Porém, quando o teor foi aumentado para 8%, o Sentryglas® aumentou a resistência à tração em cerca de 11%. Analogamente ao que foi discutido no parágrafo anterior, Oliveira (2018) tracionou corpos de prova de Sentryglas® e encontrou uma resistência à tração de aproximadamente 20 MPa. Assim sendo, o aumento da resistência à tração observado na formulação SG8 sugere que o Sentryglas® atuou promovendo uma pequena melhora na compatibilização do composto polimérico, que antes não ocorrera para as formulações com menor concentração do ionômero.

Os resultados de deformação na ruptura e seus respectivos desvios-padrão são apresentados graficamente na Figura 35, e as análises de variância estão expostas na Tabela 19.

Figura 35 - Representação gráfica dos resultados de deformação na ruptura

Fonte: Autor

Tabela 19 - ANOVA para os resultados de deformação na ruptura

Análise n° Formulações comparadas Valor p

1 PA12

0,010 PA12-EXT

2 PE-g-MA2

0,034 PE-g-MA4

3 SL2

0,010 SL4

4 PA12/XLPE20

0,014 SG2

5 PA12/XLPE20

0,193 SG4

6 PA12/XLPE20

0,015 SG8

Fonte: Autor

Analisando os resultados encontrados, pode-se notar uma redução significativa (conforme análise n°1 da Tabela 19) na deformação na ruptura da poliamida 12 extrudada se comparada à poliamida 12 que não passou pelo processo de extrusão. Esta redução na deformação na ruptura está de acordo com o aumento no grau de cristalinidade após o processo de extrusão, conforme evidenciado pelos resultados de DSC e DRX.

A incorporação de XLPE junto à matriz polimérica de poliamida 12 reduziu em 88% a deformação na ruptura. Segundo Utracki e Wilkie (2014), a redução drástica dessa propriedade ao adicionar uma fase dispersa pode indicar uma pobre adesão entre as fases, evidenciada pelas análises de MEV. Esse resultado já era esperado, pois os polímeros misturados não são quimicamente semelhantes, necessitando assim da presença de um agente compatibilizante.

A adição de PE-g-MA teve grande efeito na recuperação parcial dessa propriedade, sendo maior a recuperação com o aumento do teor de compatibilizante (conforme análise n°2 da Tabela 19). Para o teor de 8% do polietileno enxertado com anidrido maleico, foi encontrado um aumento de 180% no alongamento se comparado com a formulação sem compatibilizante. Como o resultado obtido para a formulação PA12/PE-g-MA5 mostra que a adição de PE-g-MA na PA12 reduz o alongamento, os aumentos observados dessa propriedade nas formulações PE-g-MA2, PE-g-MA4 e PE-g-MA8 sugere que houve certa compatibilização do composto, evidenciado pelos resultados encontrados no MEV para essa formulação. Esse aumento expressivo na deformação na ruptura sugere que partículas de XLPE com boa adesão como a mostrada na Figura 26 não são raras na morfologia do composto.

Ao incorporar Surlyn® na mistura, notou-se um efeito contrário ao encontrado para as amostras com PE-g-MA. Conforme o teor do ionômero foi aumentado, os valores encontrados para deformação na ruptura diminuíram (conforme análise n°3 Tabela 19), chegando a 55% de redução se comparado com a formulação sem compatibilização. Os corpos de prova de Surlyn® tracionados por Almeida (2019) apresentaram alongamento médio de aproximadamente 195%, isto é, a incorporação do ionômero na poliamida 12 provavelmente diminuirá esta propriedade caso o Surlyn® se comporte como uma terceira fase, e não como um agente compatibilizante.

Realmente este foi o resultado obtido, sugerindo que o ionômero Surlyn® não

compatibilizou de forma adequada o composto, conforme evidenciado pelos resultados obtidos no ensaio de MEV apresentados anteriormente.

A incorporação de Sentryglas® como compatibilizante mostrou comportamento semelhante ao Surlyn® para o teor de 2% dos ionômeros (de redução, conforme análise n°4 da Tabela 19). Com o aumento do teor de Sentryglas® para 4%, houve um discreto aumento no alongamento, retornando aos patamares do composto sem compatibilização (conforme análise n°5 da Tabela 19), diferente do observado na incorporação do Surlyn®, que resultou em queda progressiva do alongamento. Com o aumento da concentração de Sentryglas® para 8%, o alongamento sofreu uma pequena redução em comparação ao composto sem compatibilização (conforme análise n°6 da Tabela 19). Oliveira (2018) encontrou um alongamento de aproximadamente 170% para o Sentryglas® em seu trabalho, isto é, a tendência é que a incorporação deste ionômero na PA12 reduza o alongamento do composto resultante, assim como observado no Surlyn®. A manutenção da propriedade com o aumento da concentração de Sentryglas® sugere uma pequena melhora na compatibilização. Embora estes resultados indiquem que o Sentryglas® atuou mais efetivamente do que o Surlyn® como compatibilizante, o efeito não se comparou com o observado pela adição de PE-g-MA, uma vez que não houve quaisquer sinais de recuperação da ductilidade perdida pela incorporação do XLPE.

A Figura 36 mostra graficamente os resultados obtidos para módulo de elasticidade, além disso, a Tabela 20 mostra as análises de variância para estes resultados.

A formulação referente à poliamida 12 processada por extrusão apresentou um aumento de aproximadamente 30% se comparado à poliamida 12 que não passou por este processamento. Como mencionado anteriormente, este aumento deve estar relacionado ao aumento do grau de cristalinidade com a extrusão da PA12, conforme evidenciado pelos resultados de DSC e DRX.

Figura 36 - Representação gráfica dos resultados de módulo elástico

Fonte: Autor

Tabela 20 – ANOVA para os resultados de módulo elástico de tração

Análise n° Formulações comparadas Valor p

1 PA12/XLPE20

0,644 PE-g-MA2

2 PA12/XLPE20

0,016 SL2

3 SL2

0,046 SL4

4 SL4

0,016 SL8

5 SL2

0,609 SG2

6 SL4

0,245 SG4

7 SL8

0,058 SG8

Fonte: Autor

Pode-se notar que a adição de 20% de XLPE na matriz de poliamida 12 resultou em um decréscimo de aproximadamente 40% no módulo de elasticidade se comparada com a PA12 pura que passou pelo mesmo processo de extrusão. Já era esperada uma redução na rigidez pelo fato da flexibilidade do XLPE ser maior do que a flexibilidade da PA12. Além disso, foi observado nos resultados de DSC que a adição

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Módulo elástico de tração (MPa)

de XLPE causou um decréscimo no grau de cristalinidade da poliamida 12. Assim como observado na resistência à tração, a queda do grau de cristalinidade também resulta em uma queda no módulo de elasticidade do polímero (RABELLO, 2000).

A adição de 2% de PE-g-MA junto ao XLPE promoveu a manutenção (conforme análise n°1 da Tabela 20) dessa propriedade. O aumento da concentração do compatibilizante para 4 e 8% resultou em uma queda de aproximadamente 30%

da rigidez se comparado com a composição 4 (sem agente compatibilizante). Isso pode ser explicado pelo resultado obtido na composição 3, que mostra que a adição de 5% de PE-g-MA reduz fortemente a rigidez da poliamida 12. Estes resultados sugerem que a partir de uma determinada concentração, o compatibilizante passou a assumir o papel de uma terceira fase do composto, modificando significativamente suas propriedades mecânicas. Como o polietileno possui um módulo menor do que a poliamida, o efeito foi de redução da rigidez.

A adição do ionômero Surlyn® e Sentryglas® mostrou efeitos semelhantes entre si em concentrações iguais (conforme análises n°5, 6 e 7 da Tabela 20). Almeida (2019) e Oliveira (2018) encontraram valores de módulo para Surlyn® e Sentryglas®

de aproximadamente 500 MPa, valor este muito inferior ao encontrado para a PA12.

Assim sendo, existe a tendência do módulo ser reduzido com a adição dos agentes compatibilizantes. Para as formulações com 2 e 4% dos ionômeros, existe uma tendência de queda da propriedade (conforme análises n°2 e 3 da Tabela 20), porém, com 8% desenha-se uma recuperação da rigidez (vide análise n°4 da Tabela 20), sugerindo uma pequena compatibilização nessas concentrações de agente compatibilizante.