De forma geral, a tenacidade é definida como a capacidade de absorção deformacional de impacto, ou seja, é a capacidade de absorção de energia por um material até sua fratura [22] e é um dos parâmetros mais importantes para determinar a utilização de um polímero como material de engenharia.
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Diversos polímeros termoplásticos e termofixos apresentam baixa tenacidade e são frágeis quando solicitações mecânicas são impostas, sendo que esta fragilidade torna-se mais acentuada quando estes polímeros são testados sob impacto com corpos de prova com entalhe [23].
Assim, um dos métodos empregados para melhorar o desempenho de polímeros frágeis é a tenacificação destes através da incorporação de partículas de borrachas, criando sistemas multifásicos capazes de aumentar a capacidade do polímero em absorver grande parte da energia transferida de maneira a impedir a falha [10, 24]. A tenacificação é utilizada comercialmente desde 1940 e tem um papel importante no crescimento da indústria de polímeros [2].
É indesejável ter-se um sistema miscível, pois os mecanismos que geram o aumento da resistência ao impacto são gerados pela presença da fase elastomérica sob a forma de partículas dispersas em uma matriz [2].
O comportamento da fratura em polímeros tenacificados com borracha é complexo e varia com a composição, morfologia e as condições de teste [22, 26]. O tamanho de partícula e a adesão matriz-borracha alteram a estrutura e a morfologia das blendas tenacificadas. Estes estão inter-relacionados e podem ser controlados adequadamente a fim de aperfeiçoar a atuação dos mecanismos responsáveis pela tenacificação [10, 26, 27].
Wu [27] propôs um modelo, estudando blendas de nylon6/borracha, ao qual descreve que a transição frágil-dúctil (TFD) ocorre quando a distância interpartícula (entre duas partículas vizinhas) atinge certo valor crítico (Tc), dado por:
𝑑𝑐 = 𝑇𝑐[( 𝜋 6𝜙𝑟) 1 3 − 1] −1 (17)
Onde, 𝜙𝑟 é a fração volumétrica de borracha e 𝑑𝑐 é o diâmetro crítico da partícula.
Essa distância crítica é considerada como um parâmetro para a determinação da TFD das blendas poliméricas com borracha. A blenda será tenaz se a distância interpartícula for menor que a distância crítica, caso contrário, a blenda será frágil (se a distância interpartícula for maior que a distância crítica).
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A TFD pode ser obtida pela correlação entre a resistência ao impacto em função da distância das partículas. Assim, na região dúctil da curva, a tenacidade ao impacto aumenta com o aumento da fração volumétrica de borracha e pela diminuição da distância entre as partículas [28].
Segundo Wu [27], quando as partículas estão muito separadas, o campo de tensões em torno de uma partícula será pouco afetado pela presença das partículas vizinhas e o campo de tensão dentro da matriz será equivalente ao campo de tensão das partículas isoladas e, consequentemente, a blenda permanecerá frágil. Já quando as partículas estão consideravelmente próximas, os campos de tensões das partículas vizinhas interagem e a blenda obtém elevada ductilidade.
Em geral, para um dado polímero/borracha, há um tamanho ideal dos domínios de borracha, ao qual irá influenciar no processo de cavitação. Além disto, a temperatura de transição frágil-dúctil (TTFD) de uma blenda diminui com o tamanho de partículas. A TTFD irá aumentar se as partículas forem muito pequenas, pois estas serão ineficientes na cavitação e não cooperarão para o mecanismo de dissipação de energia, levando o teor de borracha a diminuir [22].
O sinergismo na tenacificação pode ocorrer quando dois ou mais tipos e/ou tamanhos diferentes de partículas são simultaneamente incorporados na matriz [26]. A distribuição das partículas de borracha na matriz também irá influenciar no comportamento mecânico das blendas. De acordo com Wu [29], uma larga distribuição do tamanho das partículas de borracha é uma desvantagem no comportamento mecânico ao impacto das blendas modificadas com borracha e com uma matriz pseudo-dúctil, pois o aumento da distância interpartícula causa o aumento do tamanho da polidispersidade de uma dada fração de borracha. Entretanto, Okamoto
et al [30] estudando blendas de poliestireno de alto impacto (HIPS) mostraram que uma
distribuição bimodal pode promover melhor a tenacificaação.
Bucknall e Paul [31] descrevem que há uma regra geral na qual o mecanismo de tenacificação predominante é o microescoamento sobre cisalhamento quando as partículas são pequenas (diâmetro médio entre 0,2 a 0,4 µm), enquanto que o microfibrilamento múltiplo ocorre quando as partículas são grandes (diâmetro médio entre 2 a 3 µm). Entretanto, o tamanho de partícula adequado varia para cada tipo de polímero utilizado para obtenção da tenacificação.
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Como abordado, a adesão das fases sendo um importante fator para promover a tenacificação, varia de acordo com o mecanismo de tenacificação do sistema. Para matrizes que se deformam por microfibrilamento múltiplo é desejada uma boa adesão com a fase elastomérica, pois as partículas de borracha serão eficazes para impedir o crescimento da trinca. Já para matrizes que se deformam por microescoamento por cisalhamento com resultado da cavitação interna da borracha ou descolagem da interface não é necessário que haja uma boa adesão entre as fases [22]. Outros fatores também afetam a tenacidade, tais como: a massa molar da matriz, o grau de graftização, a razão volumétrica das subinclusões, e o grau das ligações cruzadas da borracha [1, 25].
Para uma elevada tenacidade, um requisito básico é que a maioria das regiões do polímero com elevada tensão e após atingir uma deformação elástica crítica, sofram amolecimento por deformação e também endurecimento por deformação. Se o material da ponta da trinca não amolecer, escoar e orientar-se, pouca energia será dissipada. Já se o material escoar e orientar-se, e ainda sofrer endurecimento por deformação, a concentração de tensão na ponta da trinca irá causar a fratura com uma baixa absorção de energia [22].