Resistência ao Impacto

A resistência ao impacto é a energia requerida pelo material para criar duas novas superfícies. Existem diversas técnicas para medir esta propriedade, sendo que a maioria das técnicas avalia a energia absorvida pelo material quando este sofre impacto de um pêndulo com velocidade e energia conhecidas. A resistência ao impacto das amostras foi avaliada através de três técnicas distintas: impacto Charpy, impacto na tração e EWF (Essential Work to Fracture - Trabalho essencial de fratura).

4.3.2.4.1 Impacto Charpy

A análise de resistência ao impacto Charpy foi realizada segundo a norma ASTM D6110 em corpos de prova resfriados a -40 °C. Os corpos de prova foram condicionados nesta temperatura por, no mínimo, uma hora antes do ensaio. Foi utilizado equipamento CEAST modelo Resil 5,5 com pêndulo tipo martelo com energia de 4 J e velocidade de 3,46 m/s. O pêndulo foi fixado em um ângulo de 150º e posteriormente solto em direção ao corpo de prova, fixado no ângulo 0º e centralizado horizontalmente no suporte. O choque se dá no lado oposto ao entalhe. É calculada a energia (em Joules) gasta para a fratura ou não-fratura do corpo de prova. A norma ASTM D6110 só considera os resultados de corpos de prova que quebraram totalmente. Foram utilizados dez corpos de prova, de 3 mm de espessura, por amostra. Resultados que não atendaram o coeficiente de variação do ensaio foram excluídos, desde que a média final tenha, no mínimo, 5 resultados.

4.3.2.4.2 Impacto na Tração

As análises de resistência ao impacto na tração foram conduzidas tanto conforme a norma ASTM D1822 quanto conforme a ISO 8256. Foi utilizado equipamento CEAST modelo Resil Impactor com pêndulo com energia de 7,5 J e velocidade de 3,7 m/s. As análises conforme ASTM D1822 foram realizadas em copos de prova de geometrias Tipo S (short) e Tipo L (long) com 3 mm de

espessura. As análises conforme a ISO 8256 foram realizadas em copos de prova de geometrias do Tipo 1 com 4 mm de espessura.

Os ensaios para todas as metodologias foram executados em três temperaturas diferentes: 23, 0 e -30 °C. Foram utilizados seis corpos de prova por análise. As espessuras e larguras dos corpos de prova na região do pescoço foram medidas com um paquímetro calibrado e registradas. O corpo de prova foi preso numa das extremidades em uma mesa e na outra extremidade pelo "crosshead" ou peso móvel, que é a garra usada como batente para o impacto, conforme apresentado na Figura 14. O pêndulo liberado se choca com o crosshead arremessando-o. A Figura 15 ilustra as etapas do ensaio, antes e depois do impacto. A energia necessária para fraturar o corpo de prova é obtida em kJ/m².

Figura 14 – Esquema de montagem do ensaio de impacto na tração: fixação do corpo de prova com o crosshead na mesa.

Figura 15 – Etapas da análise de impacto da tração a) antes do impacto e b) depois do impacto (adaptado de [69]).

4.3.2.4.3 Trabalho essencial de fratura (EWF)

A análise de EWF (Essential Work to Fracture - Trabalho essencial de fratura) foi realizada de acordo com o descrito no livro Fracture Mechanics Testing Methods for Polymers, Adhesives and Composites [70].

O EWF é um meio de dividir a energia associada à fratura em duas partes. A base para esta divisão foi sugerida originalmente por Broberg [71], mas Wu e Mai [72] desenvolveram sua aplicação em polímeros. Neste método é proposto que quando um sólido dúctil é solicitado mecanicamente, o processo de fratura e a deformação plástica ocorrem em regiões distintas, chamadas zona do processo de fratura e zona plástica externa [73]. As regiões da zona de processo de fratura e da zona plástica estão representadas na Figura 16.

Figura 16 – Corpo de prova tipo DENT (duplo entalhe para tração), com a zona de processo de fratura e a zona plástica (adaptado de [70, 72]).

O ensaio de EWF permite dividir a energia utilizada para tracionar corpos de prova específicos tipo DENT (double-edge noteched tensile ou duplo entalhe para tração), em duas partes: o trabalho específico essencial de fratura (we) que corresponde ao trabalho utilizado para criar duas novas superfícies, que é específico do material e independe da geometria do corpo de prova, e o trabalho específico não-essencial de fratura (βwp), que corresponde ao trabalho dissipado na zona plástica que rodeia a fratura e está relacionado com a dissipação de trabalho plástico por unidade de volume do material e depende da geometria do corpo de prova. A energia total absorvida ou energia na falha específica (wf) é a soma do trabalho essencial de fratura e o trabalho não- essencial de fratura e é calculado pela equação (1):

𝑤𝑓 = 𝑤𝑒 + (𝑤𝑝 × 𝛽) × 𝑙 (1)

Onde l é comprimento do ligamento ou distância entre as pontas dos entalhes no corpo de prova. Desta forma o trabalho essencial da fratura pode ser definido pela equação linear que rege a melhor reta da energia total absorvida (wf) versus o comprimento do ligamento (l), onde we é o coeficiente linear (constante do material) e o conjunto βwp é o coeficiente angular da reta [72].

Foram obtidos corpos de prova de 2 mm de espessura com sete comprimentos de ligamento diferentes (ou profundidades de entalhe diferentes). Para cada comprimento de ligamento foram testados cinco corpos de prova. Sendo assim, foram testados 35 corpos de prova por amostra. O comprimento do ligamentofoi medido no estereomicroscópio e o resultado expresso em mm, com quatro casas decimais de precisão. Todos os corpos de prova foram ensaiados, com tensão uniaxial até a ruptura, em uma máquina de teste Instron modelo 5565, com célula de carga de 5 kN e velocidade de deslocamento de 20 mm/min. A Figura 17 apresenta o posicionamento de um dos corpos de prova tipo DENT no equipamento.

As curvas de força versus deslocamento foram integradas para cada corpo de prova pelo próprio software do equipamento de ensaio para obtenção da energia na falha ou o trabalho total de fratura (Wf). A relação entre a energia na falha e a área útil do corpo de prova fornece a energia de falha específica ou a energia total absorvida (wf). Foi plotado o gráfico da energia total absorvida (wf) versus o comprimento do ligamento (l) para a obtenção dos valores do trabalho específico essencial da fratura (we) e do fator de dissipação do trabalho plástico (βwp).