FRATOGRAFIA EM POLÍMEROS

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1 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA Seção de Engenharia Mecânica e de Materiais FRATOGRAFIA EM POLÍMEROS João Carlos Miguez Suarez jmiguez@ime.eb.br

2 BIBLIOGRAFIA 1. L. Engel, H. Klingele, G.W. Ehrenstein & H. Schaper. An atlas of polymer damage. Munich: Wolfe Publishing Ltd. (english edition), A.E. Woodward. Atlas of polymer morphology. Munich: Hanser Pub., L. Sawyer & D. Grubb. Polymer microscopy. New York: Chapman and Hall Ltd., L. Bartosiewicz & C.J. Kelly. Microscopy techniques for polymer characterization. In: Handbook of polymer science and technology. Ed. N.P. Cheremisinoff. New York: Marcel Dekker, Inc., A. Moet, Failure analysis of polymers. In: ASM Handbook, Vol. 11, Failure analysis and prevention. Materials Park, OH: ASM International, 1992, p Atlas of fractographs. In: ASM Handbook, Vol. 12, Fractography. Materials Park, OH: ASM International, 1992, p Artigos técnicos publicados em Revistas e Congressos.

3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. FRATOGRAFIA 3. EXAMPLOS PRÁTICOS 4. CONCLUSÕES

4 INTRODUÇÃO

5 POLÍMEROS DE ALTA RESISTÊNCIA aplicações estruturais FRATURA PREMATURA TENACIDADE Fratura em baixos níveis de tensão abaixo do limite de resistência razões básicas defeitos internos influência do ambiente ESTUDOS DE FRATURA metais e cerâmicos metais X polímeros mecanismos de fratura estrutura mais complexa

6 MODOS DE FRATURA Sobrecarga: baixa taxa de carregamento Impacto: alta taxa de carregamento Fadiga: carregamento cíclico Efeitos ambientais: ambiente ativo Trincamento sob tensão ao ambiente (ESC) environmental stress cracking PROCESSO DE FRATURA (i) defeitos internos (ii) trincas (iii) crescimento da trinca (iv) fratura final

7 DESCRIÇÃO DA FRATURA ASPECTO MACROSCÓPICO deformação plástica Dúctil / Frágil TRAJETORIA DA FRATURA Intergranular / Transgranular MICROMECANISMOS DE FRATURA Fratura plástica deformação plástica contínua coalescência de microcavidades Clivagem: ruptura em planos cristalográficos Fadiga: carregamento cíclico, alternado ou não

8 FRATURA EM POLÍMEROS aspectos específicos Defeitos internos vazios polímeros orientação molecular resistência da região porosa comprimento aumenta sem fratura Microfissura (craze): trinca unida por fibrilas

9 FRATURA EM POLÍMEROS PROCESSO DE FRATURA EM POLÍMEROS formação e crescimento da microfissura (ii) nucleação de uma trinca no interior da microfissura (iii) propagação da trinca em baixa velocidade (iv) fratura final MICROFISSURA (CRAZE) MICROFISSURAMENTO (CRAZING) primeiro estágio do processo de fratura Semi-cristalinos (PE): T > T g Polímeros vítreos: T < T g

10 FRATOGRAFIA

11 FRATOGRAFIA CARACTERÍSTICAS DA SUPERFÍCIE DE FRATURA ANÁLISE PÓS-FRATURA Razão da fratura Mecanismo de fratura

12 EXAME FRATOGRÁFICO macroscópico: baixos aumentos preparação mínima microscópico: ótico e eletrônico maiores aumentos manuseio mais cuidadoso preparação mais difícil mais tempo maior custo detalhes específicos marcas características reconhecimento simplifica a análise da fratura

13 EXAME MACROSCÓPICO quantidade de deformação plástica superfície rugosa superfície lisa fratura dúctil fratura frágil origem da fratura padrão

14 EXAME MICROSCÓPICO ANÁLISE MORFOLÓGICA criofratura ataque químico = f (material) morfologia esferulitos / axialitos mistura: 2 a fase (extração ou ataque) MIOCROMECANISMO DE FRATURA c.p.ensaiados comportamento mecânico rugosidade (plasticidade, tenacidade) maior ou menor ductilidade / resistência mecânica NÃO trincas fragilidade resultados numéricos de ensaios mecânicos comportamento em serviço dúctil ou frágil

15 ASPECTOS DA SUPERFÍCIE DE FRATURA vários aspectos natureza química ou física tipo de deformação aplicada ASPECTOS TOPOGRÁFICOS MAIS COMUNS Estrias, zonas de rasgamento, facetas Estrias, zonas de rasgamento capacidade de deformação plástica mecanismos de deformação plástica Facetas figuras geométricas processo de fratura não é contínuo Trinca principal X Trincas secundárias

16 OUTROS ASPECTOS TOPOGRAFICOS microcavidades (dimples) bandas de cisalhamento (shear bands) zonas de rasgamento (tear zones) marcas de rios (river markings) fibrilas (fibrils) estrutura em bandas (banded structure) linhas de Wallner (Wallner s lines) corrugações (corrugations) (retração da fibra do polímero / eixo de solicitação) mecanismo para-anda (slip-stick mechanism) embranquecimento (stress whitening)