O software GOM Correlate forneceu a máxima deflexão e o campo de deformação dos espécimes para cada 5 segundos de teste, assim, para as curvas médias de tensão de flexão-deformação de flexão, ou flexural stress-flexural strain (fs-fs) foram utilizados os dados de deflexão aplicados na Equação 7 para o cálculo da deformação e comparados com os dados de deformação fornecidos pela correlação de imagens. Os campos de deformação foram analisados à medida que os testes ocorreram e as imagens do campo de deformação são mostradas juntas de suas respectivas curvas fs-fs. Como comentado anteriormente, cinco espécimes foram testados. Usou-se os cinco CDPs para obter uma curva fs-fs média.
A Figura 35 exibe a curva fs-fs média para a PUF pura, nela observa-se uma região linear elástica seguida por uma zona plástica de característica dúctil.
Figura 35 – Curva fs-fs da PUF pura
Fonte: Autoria própria.
O campo de deformação (a) mostrado na Figura 35 foi obtido a partir de uma imagem tirada no meio do teste e exibe um concentrador de tensão na parte inferior da amostra, o ponto onde exibe coloração vermelha e que está destacado com um círculo na Figura 35(b), que por sua vez representa a deformação na última foto tirada de um CDP de PUF pura no teste de flexão. Ela mostra uma trinca na mesma posição do concentrador de tensão no campo de deformação (a), essa trinca esteve presente em todas as amostras de espuma pura. Ainda, o campo de deformação (b) mostra uma deformação máxima em torno de 5% na região de deflexão máxima, apesar da deformação calculada por meio da deflexão nesse ponto mostrar um número maior que 10% (exibido pela curva fs-fs). Isso pode ser explicado pela concentração de tensão na área de fissura.
A Figura 36 mostra o desenvolvimento, ao longo do ensaio, da deformação no ponto de deflexão máxima dado pelos valores de deformação obtidos pela DIC, e o desenvolvimento da deformação logo acima da área de trinca mostrada na Figura 35(b).
Figura 36 – Desenvolvimento da deformação ao longo do ensaio da PUF pura
Fonte: Autoria própria.
Como pode ser visto na Figura 36, assim que a deformação começou a crescer na área acima da trinca, o desenvolvimento da deformação no ponto de deflexão máxima deixou de aumentar na mesma taxa até um valor quase constante no fim do ensaio. Além disso, o desenvolvimento da deformação acima da trinca no início do teste foi quase nulo, já que a área analisada, região acima da trinca na Figura 35(b), estava próxima à linha neutra. Portanto, é possível explicar a diferença entre os valores de deformação calculada para a deformação real considerando que se não fosse pela propagação da trinca, que não se desenvolveu na metade do comprimento do CDP, ou seja, na região onde aconteceria a deflexão máxima e, por consequência, a deformação máxima. Além disso, é importante dizer que a ASTM D790 recomenda que o teste seja realizado até valores de deformação de 5% e o valor calculado correspondeu ao valor real até tal deformação como mostrado no campo de deformação (a) da Figura 35.
A Figura 37 mostra a curva fs-fs média da PUF dopada com 10% de ATH. A curva mostra um comportamento linear elástico seguido por uma curva de zona plástica com pequeno desvio padrão entre as 5 amostras testadas.
Figura 37 – Curva fs-fs da PUF+10%ATH
Fonte: Autoria própria.
O campo de deformação (a) exibido na Figura 37 mostra um concentrador de tensão deslocado para a esquerda em relação à região de máxima deflexão o que pode indicar um ponto com um ou mais poros maiores que os demais ou uma aglomeração localizada de ATH. Além disso, à direita da deflexão máxima, a deformação ficou distribuída na parte inferior do CDP até a região abaixo do aplicador. Esse comportamento foi observado para todo o comprimento da amostra na região de compressão (parte superior do CDP), onde a distribuição da deformação ocorreu sem que houvesse um ponto de concentração evidente. O campo (b), que representa o campo de deformação no final do ensaio, apresenta uma trinca na mesma posição do ponto de concentração de tensão na Figura 37(a). Nessa imagem, destaca-se a deformação máxima da amostra aparecendo acima da região da trinca, que se localiza no centro da espessura do CDP (linha neutra), algo impossível se não houvesse a propagação da trinca nesse ensaio. Assim, devido a essa propagação, o ponto de deflexão máxima foi movido do centro para a esquerda ao longo do comprimento.
No entanto, apenas esse CDP de PUF+10%ATH apresentou uma trinca evidente, pois nas outras amostras a fratura aconteceu antes que a trinca ficasse visível, indicando um comportamento mais frágil em relação à PUF pura. Cada placa
de espuma forneceu todos os CDPs necessários para a realização do ensaio, ou seja, se somente uma amostra apresentou trinca, é possível afirmar que existem regiões mais frágeis dentro de uma mesma placa de PUF+10%ATH.
Ainda na Figura 37, a deformação máxima, em módulo, na parte superior da amostra (região de compressão) também foi deslocada da metade do comprimento do CDP, aparecendo um pouco a direita do aplicador. Esse comportamento também foi atribuído à propagação da trinca nessa amostra.
Consequentemente, a diferença entre a deformação média calculada via deflexão máxima (0,048 ± 0,005 mm/mm) e a deformação máxima mostrada no campo de deformação (b) na mesma região, em torno de 0,03 mm/mm, também é atribuída à área de concentração de tensão. Ou seja, o aparecimento da trinca explica a divergência nos valores analíticos do comportamento desse CDP com a deformação experimental real obtida pelo software Gom Correlate.
A Figura 38 mostra a curva fs-fs média para a PUF+20%ATH. Nela, há um alto desvio padrão no final da zona linear elástica, o que implica em um módulo de elasticidade de flexão mais divergente entre as 5 amostras testadas.
Figura 38 – Curva fs-fs da PUF+20%ATH
Os campos de deformação (a) e (b) mostrados na Figura 38 não mostraram uma zona de concentração de tensão localizada, portanto, a área de deflexão máxima também foi a área com maior valor de deformação e a diferença entre a deformação calculada (0.046 ± 0,004 mm/mm) e a deformação na área de deflexão máxima no campo (b) foi muito pequena. Vale destacar que o campo de deformação exibido nessa figura representa apenas uma das cinco amostras testadas para esse material. Assim sendo, pode-se afirmar que a deformação mostrada por esse CDP se aproxima da média calculada para esse material.
A Figura 39 mostra a curva fs-fs média da PUF+30%ATH, um pequeno desvio
padrão na região linear elástica com uma curva plástica suave e uma resistência à flexão máxima muito semelhante à Figura 38.
Figura 39 – Curva fs-fs da PUF+30%ATH
Fonte: Autoria própria.
O campo de deformação (a) mostrado na Figura 39 exibe um início de um ponto de concentração de tensão levemente deslocado à esquerda do ponto de deflexão máxima, já o campo (b) mostra a evolução desse concentrador antes da ruptura. A diferença nos valores de deformação no ponto de deflexão máxima é considerável, uma vez que os números são 0,039 ± 0,003 mm/mm e o campo exibe deformação
máxima em torno de 0,015 mm/mm no centro do comprimento do CDP. Essa diferença é justificada pela presença do concentrador de tensão. Vale destacar, que diferentemente das amostras de PUF pura e de PUF+10%ATH que também apresentaram concentradores de tensão em regiões parecidas, na PUF+30%ATH houve ruptura da amostra antes que a mesma apresentasse uma trinca na região de concentração, isso pode indicar que a ruptura desse material acontece de maneira mais abrupta que os testados até então.
A Figura 40 representa a curva fs-fs média da PUF+40%ATH. Pode-se
observar nessa curva que houve uma diferença maior na resposta plástica entre as amostras testadas, uma vez que o desvio apresenta valores mais altos nessa região do que na zona linear elástica.
Figura 40– Curva fs-fs da PUF+40%ATH
Fonte: Autoria própria.
Os campos de deformação (a) e (b) mostrados na Figura 40 não mostram nenhum ponto específico de concentração de tensão, e a deformação máxima mostrada no campo de deformação está exatamente no ponto de deflexão máxima. A deformação calculada via deflexão máxima (0,033 ± 0,003 mm/mm) apresenta um valor de acordo com seu respectivo campo de deformação, mostrando que para
espécimes que não apresentam alguma falha estrutural ou morfológica, ambas as técnicas se equivalem até tal deformação.
A Figura 41 mostra a curva fs-fs média da PUF+50%ATH, ela mostra um
comportamento semelhante ao observado na Figura 38, apresentando um desvio considerável no final da região elástica.
Figura 41 – Curva fs-fs da PUF+50%ATH
Fonte: Autoria própria.
O relativamente alto desvio apresentado pela tensão na Figura 41 pode ser atribuído à uma possível homogeneização menos eficaz nessa amostra, uma vez que a mesma placa apresentou um comportamento distinto em CDPs fabricados de diferentes regiões dessa placa.
Os campos de deformação (a) e (b) mostrados na Figura 41 não mostram uma área específica de concentração de tensão, além disso, a deformação máxima mostrada por esses campos está localizada no ponto de deflexão máximo, o que significa uma morfologia mais homogênea na amostra. A deformação máxima apresentada pelo campo (b) na Figura 41 é menor que a deformação calculada pela sua deflexão (0,034 ± 0,002 mm/mm), no entanto, a diferença entre esses valores é relativamente baixa, pois considerando o limite mínimo do desvio padrão (0,032
mm/mm) a diferença fica praticamente imperceptível, o que mostra que a deformação nessa amostra ficou muito próxima da média calculada para esse material.
A maior parte do desvio discutido pode ser atrelado às diferenças de densidade entre os espécimes testados, uma vez que os espécimes com maior densidade apresentam paredes celulares mais espessas e maior resistência à tração e à compressão do que as amostras com menor densidade. A parte morfológica será melhor discutida na seção 6.7.
Na Figura 42 estão destacados os valores médios das propriedades em termos de frações de massa de ATH. As propriedades são: módulo de elasticidade de flexão, deformação máxima sob flexão e tensão máxima de flexão.
Figura 42 – Resumo das propriedades de flexão dos materiais
Fonte: Autoria própria.
Na Figura 42(a), a resistência à flexão média aumentou quando a ATH foi adicionada até a proporção de 20%, adições massivas superiores de ATH mostraram uma redução constante na tensão máxima sob flexão. No entanto, considerando os
valores de desvio padrão, os valores de resistência à flexão para a PUF pura e as misturas PUF+10%ATH, PUF+40%ATH e PUF+50%ATH são praticamente os mesmos, enquanto apenas os valores para a PUF+20%ATH e PUF+30%ATH tiveram um pequeno aumento.
Na Figura 42(b), a rigidez aumentou quase linearmente até dopagens com 40% de ATH, no entanto, a mistura PUF+50%ATH mostrou um módulo de elasticidade de flexão menor em comparação com a PUF+40%ATH. A diminuição da rigidez na mistura PUF+50%ATH pode estar relacionada com a saturação de ATH na mistura.
Na Figura 42(c), a deformação máxima diminuiu bruscamente quando a ATH foi adicionada, posteriormente, a PUF mostrou um decréscimo pequeno e quase linear da PUF+10%ATH até a PUF+40%ATH, no entanto, os valores de deformação de flexão da PUF+40%ATH e PUF+50%ATH foram muito semelhantes. Essa diminuição na deformação pode ser atribuída à presença de ATH entre as cadeias do polímero, impedindo que o mesmo se deforme e causando a fratura mais repentina da espuma.