Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

tensão-deformação se parece com a curva A na Figura 16.1.
16.8 - FRATURA DE POLÍMEROS
Resistências à fratura de materiais poliméricos são baixas em relação àquelas de metais e
de cerâmicas. Como uma regra geral, o modo de fratura em polímeros termorrígidos é frágil. Em
palavras simples, associado ao processo de fratura se encontra a formação de trincas em regiões
onde existe uma localizada concentração de tensão (isto é, riscos, entalhes e falhas abruptas).
Ligações covalentes no reticulado ou na estrutura cruzadamente ligada são quebradas durante a
fratura.
Para polímeros termoplásticos, são possíveis tanto o modo dútil quanto o modo frágil e
muitos desses materiais são capazes de experimentar uma transição dútil-a-frágil. Fatores que
favorecem a fratura dútil são uma redução na temperatura, um aumento na taxa de deformação, a
presença de entalhe abrupto, aumentada espessura da amostra e, em adição, uma modificação da
estrutura do polímero (química, molecular e/ou microestrutural). Termoplásticos vítreos são frágeis a
temperaturas relativamente baixas; à medida em que a temperatura é aumentada, êles se tornam
dúteis na vizinhança de suas temperaturas de transição vítrea e experimentam escoamento plástico
antes da fratura. Este comportamento é demonstrado pelas características tensão-deformação de
polimetilmetacrilato na Figura 16.2. A 4 o C, o PMMA é totalmente frágil, enquanto que a 60 o C êle
se torna extremamente dútil.
Um fenômeno que está envolvido na fratura de alguns polímeros termoplásticos vítreos é a
"frouxidão" (pouca solidez, "crazing"). Partes frouxas ("crazes" se formam em regiões altamente
tensionadas associadas a riscos, falhas,partículas de poeira e inhomogeneidades; elas normalmente
se propagam perpendicularmente ao eixo da tensão de tração. Associadas com as partes frouxas
("crazes") estão as regiões de escoamento muito localizado, que conduzem à fração de fibrilas
(regiões dentro das quais as cadeias moleculares estão orientadas) e também vazios pequenos
interdispersos (microvazios) que estão interconectados; espessuras típicas de partes frouxas
("crazes") são de 5 µm. A Figura 16.13 é uma fotomicrografia na qual uma parte frouxa é mostrada.
Figura 16.13 - Fotomicrografia de uma parte frouxa ("craze") em óxido de polifenileno. (de R.P.
Kambour e R.E. Robertson, "The Mechanical Properties of Plástics", em Polymer Science, A
Material Science Handbook, A.D. Jenkins, editor. Reimpresso com permissão de Elsevier Science
Publishers.)
Ao contrário de trincas, partes frouxas ("crazes") são capazes de suportar cargas ao longo
de suas faces. As cargas suportadas serão menores do que aquelas de material não frouxo e sem
trinca. Se uma carga de tração aplicada for suficiente, trincas se formarão ao longo das partes
frouxas pela quebra da estrutura fibrilar e expansão dos vazios, que é seguida pela extensão da
ponta da trinca através da parte frouxa ("craze").
Princípios de mecânica da fratura desenvolvidos na Seção 8.5 também se aplicam a
polímeros frágeis e quasi-frágeis; a susceptibilidade destes materiais à fratura quando uma trinca
estiver presente pode ser expressa em termos da tenacidade à fratura em deformação plana. A