Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

uma regra geral a susceptibilidade à fluência decresce (isto é, E c (t) cresce) à medida em que o grau
de cristalinidade aumenta.
Uma das fascinantes propriedades dos materiais elastoméricos é sua elasticidade do tipo
borracha. Isto é, êles têm a capacidade de serem deformados até deformações bastante grandes , e
a seguir voltarem elasticamente como mola à sua forma original. Este comportamento provavelmente
foi observado primeiro em borracha natural; entretanto, os alguns poucos anos passados trouxeram
a síntese de um grande número de elastômeros com uma larga variedade de propriedades.
Características típicas de tensão-deformação de materiais elastoméricos estão mostradas na Figura
16.1, curva C. Seus módulos de elasticidade são bastante pequenos e, além disso, variam com a
deformação de vez que a curvade tensão-deformação é não-linear.
Num estado não tensionado, um elastômero será amorfo e composto de cadeias
moleculares que são altamente enroladas, retorcidas e embobinadas. Deformação elástica, ao se
aplicar uma tensão de tração, é simplesmente um parcial desembobinamento, destorcimento e
retificação e o resultante alongamento das cadeias na direção da tensão, um fenômeno representado
na Figura 16.12. Ao se aliviar a tensão, as cadeias voltam como molas para as conformações
anteriores ao tensionamento e a peça macroscópica retorna à sua forma original.
Figura 16.12 - Representação esquemática de moléculas de cadeia polimérica cruzadamente ligadas
(a) num estado não tensionado e (b) durante deformação elástica em resposta a uma aplicada
tensão de tração. (Adaptada a partir de Z.D. Jastrzebski, The Nature and Properties of
Engineering Materials, 3a. edição, Copyright 1987 por John Wiley & Sons, New York.
Reimpresso por permissão de John Wiley &Sons, Inc.).
A força motriz para deformação elástica é um parâmetro termodinâmico chamado
entropia, que é uma medida do grau de desordem dentro de um sistema; entropia cresce com o
aumento da desordem. À medida em que um elastômero é esticado e as cadeias se retificam e se
tornam mais alinhadas, o sistema se torna mais ordenado. A partir deste estado, a entropia aumenta
se as cadeias retornarem aos contornos retorcidos e embobinados originais. Dois fenômenos
intrigantes resultam deste efeito entrópico. Primeiro, quando esticado, um elastômero experimenta
uma elevação na temperatura; segundo, o módulo de elasticidade aumenta com a elevação da
temperatura, que é oposto ao comportamento encontrado em outros materiais (vide Figura 6.7).
Vários critérios devem ser atendidos a fim de que um polímero seja elastomérico: (1) êle
não deve se cristalizar facilmente; materiais elastoméricos são amorfos. (2) Rotações de ligações
de cadeia devem ser relativamente livres a fim de que cadeias embobinadas respondam prontamente
a uma força aplicada. (3) Para que elastômeros experimentem deformações elásticas relativamente
grandes, o início da deformação plástica deve ser retardado. A restrição dos movimentos relativos
das cadeias entre si por ligações cruzadas realiza este objetivo. As ligações cruzadas agem como
pontos de âncora entre as cadeias e previnem a ocorrência de escorregamento (deslizamento) de
cadeia; o papel das ligações cruzadas no processo de deformação está ilustrado na Figura 16.12.
Ligação cruzada em muitos elastômeros é realizada num processo denominado vulcanzação, a ser
discutido na Seção 16.14. (4) Finalmente, o elastômero deve estar acima da sua temperatura de
transição vítrea. A mais baixa temperatura na qual persiste o comportamento tipo borracha é T g
(Figura 16.10), que para muitos elastômeros comuns se situa entre -50 e -90 o C. Abaixo da sua
temperatura de transição vítrea, um elastômero se torna frágil de maneira que o comportamento