Relatório 20 - Tração em Polímeros

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
GUSTAVO LUIS WALCHAKI 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
WILLIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
TRAÇÃO EM POLÍMEROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2014
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
GUSTAVO LUIS WALCHAKI 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
WILLIAN DA MAIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRAÇÃO EM POLÍMEROS 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Adriane Bassani Sowek 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2014 
2 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
1.1 O ENSAIO DE TRAÇÃO ................................................................................... 3 
2 OBJETIVOS ..................................................................................................... 5 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 5 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 5 
3.2 PROCEDIMENTO ............................................................................................ 6 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 6 
4.1 TRATAMENTO DOS DADOS ........................................................................... 6 
4.2 GRÁFICOS DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO ....................................................... 7 
4.2.1 Polietileno ......................................................................................................... 8 
4.2.2 Polipropileno ..................................................................................................... 9 
4.2.3 Elastômero e PS ............................................................................................. 11 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 13 
 
3 
 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
1.1 O ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
O ensaio de tração é um dos ensaios mais utilizados na determinação 
das propriedades mecânicas da maioria dos materiais. No ensaio de tração, um 
corpo de prova com formas e dimensões padronizadas, como mostrado na 
Figura 1, é submetido à uma força de tração uniaxial que tende a esticá-lo ou 
alongá-lo. A cabeça do corpo de prova é fixada nas garras de uma máquina de 
ensaio que aplica esforços crescentes na sua direção axial. Durante o ensaio, 
são medidas a força e a deformação correspondente. Em geral, o ensaio é 
realizado até a ruptura do corpo de prova [1]. 
 
Figura 1: Tipos de corpos de prova mais usados para ensaio de tração. 
 
Fonte: [1] 
 
 Este ensaio geralmente é realizado na máquina universal que tem esse 
nome porque se presta à realização de diversos tipos de ensaios. Esta 
máquina possui um registrador gráfico acoplado que vai traçando o diagrama 
de força versus deformação, em um computador ou em papel milimetrado, à 
medida que o ensaio é realizado. A figura 2 apresenta uma máquina de ensaio 
de tração esquemática. [1] 
 
4 
 
 
Figura 2: Representação esquemática da maquina universal de ensaios. 
 
Fonte: [1] 
 
A partir das medidas de cargas e os respectivos alongamentos, constrói-
se a curva tensão versus deformação, assim como na Figura 3, a qual mostra 
essa relação para diferentes tipos de polímeros. [2] 
 
 
Figura 3 Comportamento tensão-deformação para polímeros frágeis (curva A), plásticos (curva 
B) e altamente elásticos (curva C). 
 
Fonte: [2] 
5 
 
 
Em termos gerais o teste de tração tem uma só conduta de 
procedimentos. Basicamente um corpo de prova é submetido a uma carga de 
tração crescente até atingir a ruptura. As medições feitas ao longo do teste é 
que diferem, de acordo com o tipo de comportamento do material. Assim, para 
materiais frágeis, os parâmetros da zona elástica e a tensão de ruptura são 
identificados no teste. Para os materiais dúcteis, é necessário identificar outros 
parâmetros, como as tensões durante a fase não linear de deformações, as 
tensões durante o escoamento e a tensão máxima antes da ruptura. [2] 
 
2 OBJETIVOS 
 
Diferenciar de acordo com a estrutura química as propriedades 
mecânicas de diferentes polímeros. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 
Foram utilizados corpos de prova na forma de gravata de seção 
retangular, moldados por injeção, cujas dimensões variaram de acordo com o 
material [3]: 
 PS; PEAD, PEBD; PP e PP reforçado com farelo de soja nas dimensões 
4x10mm; 
 Etileno-octeno nas dimensões 3,2x12,7mm. 
As medidas foram feitas com um paquímetro de precisão 0,02mm e os 
ensaios foram realizados na máquina Universal de Ensaios Shimatzu, com os 
suportes adaptados para tração polimérica. 
 
 
6 
 
 
3.2 PROCEDIMENTO 
 
Testaram-se três corpos de prova de cada polímero indicado, totalizando 
18 corpos de prova. A velocidade de ensaio foi de 50mm/min para todos os 
corpos de prova exceto os de PP, para o quais a velocidade foi de 5mm/min. 
Após fornecer as dimensões de cada amostra ao equipamento e realizar 
o ensaio, foram plotados gráficos de tensão-deformação para cada polímero. 
Em seguida, calculou-se a tensão elástica, a tensão máxima e a tensão de 
ruptura; bem como as deformações percentuais elásticas e de ruptura. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1 TRATAMENTO DOS DADOS 
 
Abaixo estão listados os principais pontos retirados dos gráficos para 
cada amostra estudada. 
 
Tabela 1: Valores de tensão e deformação retirados dos gráficos fornecidos pelo equipamento 
para as diferentes amostras. O Módulo de Elasticidade é dado pela relação entre tensão e 
deformação. 
 
TENSÃO (MPa) 
DEFORMAÇÃO 
MÁXIMA 
MÓDULO DE 
ELASTICIDADE 
(MPa) AMOSTRA ELÁSTICA MÁXIMA RUPTURA ELÁSTICA RUPTURA 
PEBD 
7,71875 10,2891 7,160158 47% 919% 16,42 
7,89063 10,1172 7,07422 55% 993% 14,35 
7,79297 10,1445 7,867188 53% 943% 14,70 
PEAD 
23,7383 25,6594 9,221875 49% 2925% 48,45 
23,6594 25,5484 7,85 47% 1247% 50,34 
22,8016 24,7219 7,634375 46% 2061% 49,57 
PP 
17,40303 37,0438 30,55786 13% 162% 133,87 
23,4586 37,6281 31,36563 18% 134% 130,33 
17,80235 36,2656 19,27969 13% 190% 136,94 
PP 
REFORÇADO 
11,96094 27,8094 26,03438 9% 94% 132,90 
12,07344 25,8828 23,65 10% 63% 120,73 
11,95703 25,2547 23,9 10% 48% 119,57 
ETILENO-
OCTENO 
1,246463 3,3107 3,30878 116% 3942% 1,07 
1,278759 3,28571 3,285711 108% 4056% 1,18 
1,2787217 3,38375 3,383366 97% 3936% 1,32 
PS 
38,4531 38,4531 36,78125 24% 24% 160,22 
40,1133 40,1133 40,04688 23% 23% 174,41 
39,375 39,375 39,375 22% 22% 178,98 
7 
 
 
Os valores do Módulo de Elasticidade (E) são obtidos por [3]: 
 
 
 
 
Equação 1: Módulo de Elasticidade, que relaciona a tensão na região elástica e sua respectiva 
deformação. 
 
Entende-se por região elástica aquela onde tensão e deformação se 
relacionam por uma reta que obedece a lei de Hooke, com uma constate de 
proporcionalidade. Nessa região também, as deformações podem ser 
recuperadas [2]. 
Da Tabela 1 foram calculados os seguintes valores médios: 
Tabela 2: Valores médios obtidos para cada série de amostras. 
 
TENSÃO (MPa) DEFORMAÇÃO MÓDULO DE 
ELASTICIDADE 
(MPa) AMOSTRA ELÁSTICAMÁXIMA RUPTURA ELÁSTICA RUPTURA 
PEBD 7,80 10,18 7,37 52% 952% 15,16 
PEAD 23,40 25,31 8,24 47% 2078% 49,45 
PP 19,55 36,98 27,07 15% 162% 133,71 
PP REF. 12,00 26,32 24,53 10% 68% 124,40 
C2C8 1,27 3,33 3,33 107% 3978% 1,19 
PS 39,31 39,31 38,73 23% 23% 171,20 
 
Quanto ao módulo de elasticidade, o elastômero apresenta o menor 
valor; pois deforma muito em pequenas tensões. Já o PEAD apresenta um 
módulo cerca de três vezes maior que o mesmo polímero com baixa 
densidade. A presença de reforço no polipropileno acaba diminuindo seu 
módulo de elasticidade; enquanto o poliestireno apresenta o maior módulo 
entre todos os polímeros analisados. 
A seguir, esses comportamentos serão discutidos ao se comparar os 
gráficos de tensão-deformação de cada série de amostras. 
 
4.2 GRÁFICOS DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO 
 
A tensão em cada ponto foi determinada relacionando a força exercida 
sobre a área de seção transversal de cada amostra. Já a deformação 
percentual foi obtida pela razão entre a variação provocada no comprimento e 
o comprimento inicial [3]. 
8 
 
 
4.2.1 Polietileno 
 
Gráfico 1: Diagrama de tensão-deformação para o polietileno de baixa densidade. 
 
 
Gráfico 2: Diagrama de tensão-deformação para o polietileno de alta densidade. 
 
A diferença entre os dois polímeros é unicamente a organização dos 
seus meros. Ambos possuem a mesma composição química, porém o PEAD 
apresenta moléculas lineares, enquanto o PEBD possui ramificações. A 
estrutura do PEAD é facilmente organizada, o que favorece a cristalização. 
0
2
4
6
8
10
12
0% 200% 400% 600% 800% 1000% 1200%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Defomação % 
PEBD 
0
5
10
15
20
25
30
0% 500% 1000% 1500% 2000% 2500% 3000%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Deformação % 
PEAD 
9 
 
 
Como a molécula está mais empacotada, é necessário fornecer uma grande 
quantidade de energia para que as cadeias se movimentem [4]. 
 
Figura 4: Mero de polietileno, composto apenas por carbono e hidrogênio. 
 
Fonte: [4] 
De fato, com pouco mais de 8MPa as cadeias de PEBD já se deformam 
plasticamente, enquanto é necessária uma energia quase três vezes maior, 
cerca de 26MPa, para iniciar o processo no PEAD. A deformação inicial no 
PEAD corresponde à orientação da fase amorfa, seguida pela deformação da 
região cristalina. Por conta disso este material consegue deformar muito mais 
que o PEBD, tanto elástica quanto plasticamente [2]. 
Ainda, no PEBD ocorre uma pequena queda na tensão, devido à 
formação de um pescoço no corpo de prova. Porém, como as cadeias se 
orientam com a aplicação de tensão e aumenta o número de ligações 
secundárias, há um acréscimo na tensão máxima suportada [2]. 
 
4.2.2 Polipropileno 
 
 
Gráfico 3: Diagrama de tensão-deformação para o polipropileno puro. 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0% 50% 100% 150% 200%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Deformação % 
PP 
10 
 
 
 
Gráfico 4: Diagrama de tensão-deformação para o polipropileno reforçado com farelo de soja. 
 
Comparando sua estrutura com a do polietileno, o polipropileno possui 
um carbono substituído por um radical metil que pende da cadeia principal. Isso 
acaba enrijecendo as moléculas deste polímero [4]. 
 
Figura 5: Mero do polipropileno, onde ocorre a substituição por um radical metil. 
 
O fato de ter uma cadeia mais rígida ocasiona que a tensão máxima 
suportada é maior do que no polietileno. É necessária uma energia maior para 
deformar o corpo de prova de PP, e isso ainda provoca deformações muito 
menores do que nas duas classes de PE analisadas [4]. 
A adição de um reforço nesse polímero deveria aumentar ainda mais as 
suas propriedades mecânicas, visto que as partículas de reforço normalmente 
são mais frágeis do que a matriz polimérica. Isso pode fazer com que o 
compósito suporte tensões mais elevadas dentro da região elástica [2]. 
Entretanto, esse comportamento não é observado com a adição de 
farelo de soja na matriz de PP, que acaba apresentando um desempenho 
inferior ao da matriz pura. Com a adição de farelo, a mobilidade das cadeias 
0
5
10
15
20
25
30
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Deformação % 
PP reforçado 
11 
 
 
diminui, refletindo na menor deformação elástica. Porém, a ligação interfacial 
entre os componentes não é satisfatória e, a partir de certo ponto, as partículas 
passam a atuar como defeitos, acelerando a fratura do polímero. 
 
4.2.3 Elastômero e PS 
 
Gráfico 5: Diagrama de tensão-deformação para o elastômero etileno-octeno. 
 
O etileno-octeno é um elastômero que possui uma pequena quantidade 
de ligações cruzadas, sendo capaz de recuperar pequenas deformações 
elásticas e suportando grandes deformações plásticas até a ruptura. De todos 
os polímeros analisados, é o que apresentou as maiores deformações e as 
menores tensões de ruptura. 
Por outro lado, o PS possui um anel aromático pendendo da cadeia 
principal. Assim como o radical metil no polipropileno, o anel benzênico enrijece 
a estrutura; porém este o faz de uma forma muito mais significativa, pois tem 
volume maior que o metil [4]. 
Figura 6: Mero do poliestireno, com a presença de um anel aromático. 
 
Fonte: [4] 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0% 500% 1000% 1500% 2000% 2500% 3000% 3500% 4000% 4500%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Deformação % 
C2C8 
12 
 
 
 
Gráfico 6: Diagrama de tensão-deformação para o poliestireno. 
 
 
Devido ao enrijecimento da cadeia, o PS possui comportamento frágil, 
oposto ao do elastômero. O material suporta elevadas tensões, porém não é 
capaz de deformar muito acima do seu comprimento inicial. Novamente, o 
volume dos anéis aromáticos dificulta a mobilidade das cadeias. [4]. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
O ensaio de tração é a técnica mais difundida para se analisar as 
propriedades mecânicas de um material. No caso dos polímeros, esse 
comportamento está ligado com a organização dos átomos nas moléculas, a 
orientação das cadeias e com a presença de agentes que alterem a sua 
movimentação. 
É aconselhável projetar um material para que ele opere dentro do regime 
elástico, pois dessa forma é possível evitar a fratura catastrófica. Por conta 
disso, um parâmetro muito importante para a seleção de materiais é o módulo 
de elasticidade. 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Te
n
sã
o
 (
M
P
a)
 
Deformação % 
PS 
13 
 
 
REFERÊNCIAS 
1. PADILHA, Â. F. Materiais de Engenharia - Microestrutura e 
Propriedades. Curitiba: Hemus, 2000. 
2. CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Materials Science and 
Engineering an Introduction. 8ª. ed. Hoboken: Wiley & Sons, Inc, 2010. 
ISBN 978-0-470-41997-7. 
3. CANEVAROLO, S. V. Técnicas de Caracterização de Polímeros. 1ª. ed. 
São Paulo: Artiliber, 2004. 
4. CANEVAROLO, S. V. J. Ciência dos polímeros: texto base para tecnólogos 
e engenheiros. 2ª. ed. São Carlos: Artiiber Editora Ltda., 2006.