De modo a evidenciar o procedimento experimental, a Figura 75 apresenta um representativo do estado final dos corpos de prova após os ensaios mecânicos de tração, compressão e torção.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
0 50 100 150 200 250 300
τ[MPa]
Ângulo [ ]
PC2 PMMA3
PEBD1 PEAD1 PA6_2 PP3
Figura 75 - Corpos de prova após ensaios mecânicos.
a) PEBD b) PEAD
c) PP d) PA6
e) PMMA f) PC
Fonte: Autor, 2016.
Legenda: Cada imagem é um representativo por material em função dos três ensaios realizados. Sendo identificado por: I) torção, II) compressão e III) tração.
Ao avaliar o aspecto final para cada material, em função do ensaio realizado, nota-se alguns comportamentos característicos. Em tração todos os materiais apresentaram estricção nítida, com excessão do PMMA, que romeu de maneira frágil e o PEBD, que por sua vez não apresentou estricção.
Em compressão, os materiais semicristalinos flambaram apresentando modo I, deflexão lateral, conforme previsto no modelo numérico. Os materiais amorfos flambaram
I) II) III)
I) II) III)
I) II) III)
I) II) III)
I) II) III)
I) II) III)
tendendo ao modo II, estes materiais são também os que apresentam maior rigidez, é provável que este comportamento tenha ocorrido por possíveis desalinhamentos da máquina universal de ensaios, já que o modo que deveria ocorrer preferencialmente seria modo I.
Em torção, houve ruptura somente para o PMMA, esta que se apresentou em ângulo de 45°. Para os outros materiais foi observado que surgiram alinhamentos preferenciais também em 45° do eixo longitudinal.
7.4 DESBALANCEAMENTO
Como já apresentado na revisão bibliográfica deste trabalho, o desbalanceamento é dado pela divisão das propriedades em compressão com relação à tração. Se o resultado for diferente de 1, o material é desbalanceado. De modo a apresentar o comportamento gráfico entre compressão vs. tração, uma única amostra com comportamento médio em tração e compressão foi selecionada para cada material testado.
Os resultados estão apresentados da Figura 76 à Figura 81. Com base nestas figuras, é possível concluir que o desbalanceamento foi evidente para todos os materiais, pois as curvas em compressão apresentaram nítida resistência mecânica superior se comparadas as de tração.
Figura 76 - Comparativo tração vs. compressão, para o PEBD.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PEBD_5 (tração) e PEBD_3 (comp.).
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PEBD_5 (tração) e PEBD_3 (comp.).
Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
0 5 10 15
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
Figura 77 - Comparativo tração vs. compressão, para o PEAD.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PEAD_3 (tração) e PEAD_1 (comp.).
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PEAD_3 (tração) e PEAD_1 (comp.).
Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
Figura 78 - Comparativo tração vs. compressão, para o PP.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PP_5 (tração) e PP_3 (comp.)
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PP_5 (tração) e PP_3 (comp.) Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
Figura 79 - Comparativo tração vs. compressão, para o PA6.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PA6_3 (tração) e PA6_5 (comp.)
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PA6_3 (tração) e PA6_5 (comp.) Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
Figura 80 - Comparativo tração vs. compressão, para o PMMA.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PMMA _5 (tração) e PMMA_5 (comp.)
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PMMA _5 (tração) e PMMA_5 (comp.) Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
Figura 81 - Comparativo tração vs. compressão, para o PC.
a) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PC_5 (tração) e PC_5 (comp.)
b) Tração vs. compressão. Corpo de prova:
PC_5 (tração) e PC_5 (comp.) Fonte: Autor, 2016.
Legenda: (a) curva de engenharia e (b) curva verdadeira. Apenas foi escolhido um corpo de prova com comportamento médio, para tração e compressão.
Um dos objetivos deste trabalho é quantificar de modo preciso, por meio do corpo de prova unificado, o desbalanceamento de propriedades em termoplásticos. Devido a este motivo, além do cálculo do desbalanceamento para todas as propriedades, foi calculado também o seu respectivo desvio padrão, por meio da equação 31.
2 2
. _
_ .
_
. _ .
_
.
_
Trac Média
Trac Desvio Comp
Média
Comp Desvio
Desbal Média
l Desba Desvio
(31)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
S [MPa]
e [mm/mm]
Tração Compressão
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10
σ [MPa]
ε [mm/mm]
Tração Compressão
Os resultados numéricos do desbalanceamento são apresentados na Tabela 25, para todos os materiais.
Tabela 25 - Resultados do cálculo do desbalanceamento para todos os materiais.
SLE 0.2%
SLE 0.5%
SLE 1%
SLE 2%
σLE 0.2%
σLE 0.5%
σLE 1%
σLE
2% Smáx σ(Smax) E
Média 1,38 1,28 1,23 1,21 1,38 1,28 1,23 1,22 1,22 1,23 1,11 Desv.
Pad. 0,13 0,09 0,06 0,03 0,13 0,09 0,06 0,03 0,01 0,01 0,05
%
Desvio 9,2 6,9 4,8 2,8 9,2 6,7 4,5 2,5 1,0 0,9 4,2
Média 1,43 1,43 1,42 1,44 1,49 1,46 1,45 1,47 1,50 1,54 1,09 Desv.
Pad. 0,08 0,05 0,04 0,03 0,08 0,05 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03
%
Desvio 5,8 3,5 2,5 2,0 5,2 3,3 2,4 1,9 1,8 2,1 3,0
Média 0,88 1,00 1,07 1,15 0,90 1,02 1,11 1,23 1,56 1,55 1,13 Desv.
Pad. 0,10 0,09 0,07 0,04 0,12 0,10 0,08 0,05 0,05 0,08 0,07
%
Desvio 11,0 9,0 6,4 3,7 12,9 10,0 7,0 3,8 3,4 5,1 6,5
Média 1,33 1,44 1,44 1,48 1,38 1,44 1,49 1,52 1,54 1,59 1,03 Desv.
Pad. 0,24 0,18 0,12 0,08 0,24 0,17 0,12 0,07 0,02 0,03 0,11
%
Desvio 17,9 12,5 8,4 5,3 17,7 11,8 8,0 4,9 1,1 2,1 10,7 Média 0,96 1,06 1,11 1,16 0,96 1,06 1,11 1,17 1,62 1,68 1,19 Desv.
Pad. 0,20 0,17 0,14 0,10 0,21 0,18 0,14 0,10 0,09 0,11 0,10
%
Desvio 20,7 16,5 12,5 8,6 21,3 16,8 12,6 8,5 5,3 6,4 8,0 Média 1,13 1,24 1,32 1,40 1,46 1,53 1,63 - 1,32 1,13 1,21 Desv.
Pad. 0,06 0,07 0,07 0,09 0,06 0,07 0,09 - 0,06 0,06 0,14
%
Desvio 5,5 5,9 5,6 6,1 4,4 4,3 5,3 - 4,4 5,4 11,3
PPPEADPEBDPCPMMAPA 6
Fonte: Autor, 2016.
Para os materiais amorfos foi constatado o desbalanceamento, sendo que houve uma tendência de que todas as tensões de escoamento (engenharia e verdadeira), tensões máximas e tensão verdadeira apresentaram o desbalanceamento maior do que o encontrado para o módulo
de elasticidade (ainda assim este apresentou também desbalanceamento) conforme comparativo demonstrado na Figura 82. Já alguns materiais semicristalinos (PA6 e PEAD), apresentaram para os valores de tensão de escoamento de engenharia e verdadeira para o offset de 0,2 % valores abaixo de 1. Para as outras propriedades este valor foi maior que 1 o que comprova a existência do desbalanceamento.
Ao avaliar os dados é notório que existe uma tendência de maior desvio percentual na avaliação da tensão de escoamento verdadeira ou real para o offset de 0,2 %, independente do material. Este desvio tende a reduzir conforme aumenta o offset de escoamento. O percentual de desvio tanto para a tensão máxima de engenharia quanto para a tensão verdadeira foram menores do que 10%, sendo especificamente menor que 2,1 % para os materiais amorfos e menor do que 6,4 % para os materiais semicristalinos.
Figura 82 - Desbalanceamento, propriedades verdadeiras em função de cada material
Fonte: Autor, 2016.
Não é possível ser determinístico e apresentar um valor de desbalanceamento que caracterize o termoplástico avaliado. Portanto, do ponto de vista de aplicação estrutural em termos práticos, não existe um offset (tensão limite de escoamento) ideal para adoção e escolha do desbalanceamento. A escolha dependerá do nível de solicitação mecânica ou deformação imposta. Deste modo é possível utilizar o valor do desbalanceamento, com certa precisão.
0,5 1,0 1,5 2,0
PC PMMA PA 6 PP PEAD PEBD
m (MPa/MPa)
σLE 0,2% σLE 0,5% σLE 1% σLE 2% σ E
Assim é possível prever falhas com maior rigor, utilizando modelos adequados (como apresentado na revisão, von Mises parabólico) e otimizar o projeto de componentes termoplásticos injetados.
A Figura 83, apresenta o desbalanceamento somente para as tensões de escoamento verdadeiras. É possível notar que para os semicristalinos (PA6, PP, PEAD e PEBD), houve em função do aumento do offset escolhido, uma tendência crescente de aumento do desbalanceamento. O PA6 e o PEAD, destacam-se como materiais tendendo ao balanceamento, com m entre 0,9 à 1,23. Por sua vez, o PP e PEBD, apresentam-se com nítido desbalanceamento, com valores de m, na ordem de 1,38 à 1,63.
Com relação aos amorfos (PMMA e PC), não houve tendência de comportamento característico. O PC apresentou tendência decrescente com o aumento do offset, com nítido desbalanceamento, o parâmetro m apresentou-se na ordem de 1,38 à 1,23. O material que apresentou maior regularidade na avaliação, independente do offset escolhido manteve-se com mesmo valor de m, foi o PMMA. O valor médio do desbalanceamento encontrado foi de aproximadamente 1,47.
Figura 83 - Desbalanceamento em função da tensão limite de escoamento verdadeira.
Fonte: Autor, 2016 0,7
0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
PC PMMA PA 6 PP PEAD PEBD
m (MPa/MPa)
σLE 0,2% σLE 0,5% σLE 1% σLE 2%