Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Fabricação de um corpo de prova de HIPS com fuligem, por meio de extrusão e injeção, e realização de um ensaio de tração
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
1 / 14
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
O poliestireno (PS) é um termoplástico amorfo, transparente, de baixo custo e de fácil processamento. A baixa resistência ao impacto fez com que fosse desenvolvido o poliestireno de alto impacto (HIPS). O HIPS é produzido através da blenda de poliestireno e copolímero poli(estireno-butadieno), tendo um limite de 12% na concentração da fase borracha, pois acima disso a viscosidade da solução se torna muito alta. (Gao, et al. , 2006) Muitos polímeros amorfos ou vítreos tendem a apresentar comportamento frágil à fratura limitando assim sua gama de aplicações. O reforçamento com elastômeros é reconhecidamente a técnica mais utilizada por grande parte das indústrias de polímeros para aumentar a resistência à fratura e a tenacidade desses materiais. (Rovere, et al. , 2008) Nesta importante classe de compósitos poliméricos encontra-se o Poliestireno de Alto Impacto (PSAI ou high impact polystyrene – HIPS) que é tipicamente caracterizado por uma segunda fase borrachosa (polibutadieno – PB) dispersa em uma matriz polimérica contínua (poliestireno - PS).^ Esta classe é conhecida como um típico material polimérico borrachoso tenacificado preparado pela polimerização de um radical livre de estireno na presença de polibutadieno dissolvido, aumentando a resistência ao impacto e a tenacidade do poliestireno vítreo. O HIPS é um material com ampla aplicação, é desenvolvido para que atendem às necessidades específicas dos diversos segmentos de mercado, cada qual com suas respectivas aplicações. (Lee, et al. , 2003) 2.1. Extrusão O processo de extrusão consiste na passagem forçada e controlada da resina plástica fundida por meio de uma ou duas roscas sem fim. Elas possuem a função de misturar, fundir/amolecer, homogeneizar, plastificar, compactar e transportar através de um cilindro aquecido até encontrar a matriz. A matriz possui um perfil determinado por onde o material é expelido e conformado. Dessa forma, quando o polímero fundido passa através da matriz, produz-se um perfil continuo e de seção transversal constante, e em seguida, é resfriada até a sua solidificação. Pode-se produzir uma variedade grande de perfis, como tubos, mangueiras, filmes, chapas, fios, cabos, etc. (Amado, et al. , 2004) 2.2. Ensaio de tração Amplamente, o ensaio de tração é utilizado para o levantamento de informações básicas sobre a resistência dos materiais e também como um teste de aceitação de materiais, que se faz pelo confronto das propriedades determinadas pelo ensaio e ajustes especificados em projeto. O ensaio consiste na aplicação de uma carga uniaxial crescente a um corpo de prova especificado, ao mesmo tempo em que são medidas as variações no comprimento. Geralmente, conforme citado na norma ASTM D638-10, o ensaio de tração é realizado numa máquina universal, que tem esse nome porque é utilizada para a realização dos ensaios mecânicos de tração, compressão e flexão. (Benini, 2011)
O módulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensão e a deformação relativa, dentro do limite elástico, em que a deformação é totalmente reversível e proporcional à tensão. Poderia ser encontrado pela tangente da parte linear da curva caso os eixos fossem adaptados para tensão versus deformação. A tensão pode ser obtida dividindo-se a força pela área transversal do corpo de prova, e a deformação relativa seria obtida dividindo-se a deformação absoluta (incremento no comprimento do corpo de prova), pelo comprimento útil do corpo de prova. O cálculo está representado na equação 1. (Eq. 1) Em que: ε = módulo de elasticidade σ = tensão D = deformação ∆F = Força aplicada longitudinalmente ao corpo de prova A = Área de secção transversal do corpo de prova L = comprimento útil do corpo de prova ∆x = deformação absoluta 2.3. Limite de escoamento O limite de escoamento é o ponto onde começa o fenômeno escoamento, a deformação irrecuperável do corpo de prova, a partir do qual só se recuperará a parte de sua deformação correspondente à deformação elástica, resultando uma deformação irreversível. Este fenômeno se situa logo acima do limite elástico, e se produz um alongamento muito rápido sem que varie a tensão aplicada em um ensaio de tração. Mediante o ensaio de tração se mede esta deformação característica que nem todos os materiais experimentam. Até o ponto de escoamento o material se comporta elasticamente, seguindo a lei de Hooke, e portanto pode ser definido o módulo de Young. Nem todos os materiais elásticos têm um limite de escoamento claro, ainda que em geral seja bem definido na maior parte dos metais. O fenômeno de escoamento se dá quando as impurezas ou os elementos de liga bloqueiam os deslocamentos da rede cristalina impedindo seu deslizamento, processo mediante o qual o material se deforma plasticamente. Alcançado o limite de escoamento se chegam a liberar os deslocamentos, produzindo-se uma deformação acentuada. A deformação neste caso também é distribuída uniformemente por toda a amostra, mas concentrando-se nas áreas que tenham sido feitas para liberar os deslocamentos (banda de Lüders). Nem todos os materiais exibem este fenômeno, no caso da transição a partir da qual a deformação elástica e plástica do material não seja vista claramente. (Callister, 2018)
O procedimento para confecção dos corpos de prova, compostos por HIPS e fuligem envolveu diversas etapas. A sequência seguida para realização dos procedimentos está apresentada na figura 2. Figura 2 – Fluxograma referente à sequência seguida para os procedimentos experimentais. Fonte: autores 3.1. Pesagem e Mistura Inicialmente, o HIPS se encontrava no formato de pellets, e a fuligem na forma de pó, com tamanho médio de partícula inferior a 200 nm. Foram separadas uma amostra de cada um desses materiais, que foram pesadas em balança analítica, e as massas medidas para cada um dos componentes foram:
3.3. Transferência e Obtenção do Corpo de Prova Foi utilizada uma transferidora do modelo HAAKE MiniJet, da marca Thermo Scientific. Os pellets da mistura HIPS + fuligem foram adicionados à máquina através do alimentador cilíndrico. Foi utilizada uma pressão de injeção de 700/15 MPa, e uma pressão de recalque de 300/25 MPa. Foram estabelecidas duas temperaturas diferentes, sendo a primeira na região do bico, responsável pela fusão do material, e a segunda no molde, para evitar uma solidificação indesejada antes que o molde seja devidamente preenchido pelo material. As temperaturas de cada região foram:
Foi realizado o ensaio de tração com o HIPS + Fuligem. De acordo com os dados calculados foi plotado um gráfico pelo software MATLAB e que está representado pela figura 4. Figura 4: Gráfico de Tensão x Deformação do CDP de HIPS + Fuligem. Fonte: autores. A partir dos dados do ensaio de tração foi obtido o limite de resistência à tração, a deformação na ruptura e o módulo de elasticidade, de acordo com a ASTM D638 – 14, norma para o ensaio de tração para polímeros. Essas propriedades estão presentes na tabela 1 Tabela 1 : Valores experimentais para o CDP de HIPS + Fuligem HIPS + Fuligem Limite de resistência à tração, LRT (MPa)
Módulo de elasticidade, E (MPa) 175, Deformação na ruptura (%) 0, Fonte: autores Esses dados, em seguida, foram comparados com o trabalho experimental de outros atores em relação às propriedades mecânicas do poliestireno de alto impacto puro. Também foi feito a comparação a outros atores sobre a influência do negro de fumo no sistema polimérico do autor.
O trabalho de Machado et al. (2017) apresentou 3 corpos de prova de HIPS puro com valores de LRT entre 20 e 22 MPa e módulo de elasticidade médio de 354, MPa. O trabalho de Consul e Paiva (2016) consistiu em produzir corpos de prova HIPS de fontes recicladas do material. Nele foi separado em dois lotes de HIPS reciclável que foram comparados com HIPS virgens vindas de outras fontes e da empresa Innova. Os resultados mecânicos obtidos por Consul e Paiva (2016) estão expressos na tabela 2 , assim como alguns dos HIPS virgens analisados por eles. Tabela 2 : Comparativo das propriedades mecânicas obtidos por Consul e Paiva (2016) Material Origem LRT (MPa) Deformação na ruptura (%) Módulo de elasticidade (MPa) Lote 1 Reciclado 13,45 ± 0,60 1,96 ± 0,48 1412,72 ± 83, Lote 2 Reciclado 12,74 ± 0,51 1,85 ± 0,63 1355,52 ± 55, HIPS 825 Virgem 24,90 - 3000, RT 441 Virgem 24,00 50,00 2000, Atahualpa et al. (2007) realizou o ensaio de tração com 3 corpos de prova e, pela média, obteve um valor de 30,88 MPa de limite de resistência à tração e 252, MPa de módulo de elasticidade, com 0,87% de deformação na ruptura. O poliestireno de alto impacto adicionado com negro de fumo apresentou um limite de resistência a tração levemente menor do que o de HIPS puros apresentados por outros trabalhos (Atahualpa et al. , 2007; Consul e Paiva, 2016; Machado et al. , 2017). Isso pode ter ocorrido devido ao negro de fumo ter sido adicionado sem qualquer tratamento de adesão para o HIPS, ocasionando em uma baixa adesão entre os componentes (Bonelli et al. , 2005). Um fator importante do negro de fumo como carga ativa para polímeros é seu tamanho de partícula, em que a faixa granulométrica utilizada não afetou a resistência da amostra de HIPS. Apesar disso, o HIPS com fuligem apresenta resistência mecânica melhor quando comparado à um HIPS reciclado (Consul e Paiva, 2016). Em relação ao módulo de elasticidade, a amostra de HIPS + Fuligem teve um valor consideravelmente menor, resultando em um módulo entre 50 e 70% dos valores obtidos por outros autores (Atahualpa et al. , 2007; Machado et al. , 2017).
AMADO, Franco DR; FEUERHARMEL, Adriana E.; FERREIRA, Carlos A. Produção e Caracterização de Blendas de Poliestireno de Alto Impacto (HIPS) e Polianilina (PANI) dopada com Ácido Canforsulfônico (CSA). CEP, v. 90035, p. 190, 2004. ARAUJO, Edcleide M. et al. , Propriedades mecânicas de blendas de PS/resíduo de borracha: influência da concentração, granulometria e método de moldagem. Polímeros, São Carlos, v. 7, n. 3, p. 45-52, Set. 1997. ATAHUALPA et al. Relatório de ensaio de tração com materiais poliméricos. Campinas: Unicamp, 2007. BENINI, KELLY CRISTINA COELHO DE CARVALHO. Desenvolvimento e caracterização de compósitos poliméricos reforçados com fibras lignocelulósicas: HIPS / fibra de casca do coco verde e bagaço de cana de açúcar. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá,
BONELLI, C. M. C.; ELZUBAIR, A. SUAREZ, J. C. M. MANO, E. B. Compósitos de polietileno de alta densidade reciclado com fibra de piaçava. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 15, n. 4, p. 256-260, 2005. CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro: LTC,2018. CONSUL, T. B.; PAIVA, J. M. F. de. Propriedades Mecânicas do Poliestireno de Alto Impacto Reciclado Proveniente de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos. In: Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 22., 2016, Natal. Sorocaba: CBECiMat, 2016. p. 9826-9836. COSTA, Thais HS et al. , Estudo do comportamento mecânico de alguns termoplásticos. Universidade Federal do Paraná, 2008. GAO, Guanghui et al. , Deformation mechanism of polystyrene toughened with sub‐ micrometer monodisperse rubber particles. Polymer international , v. 55, n. 11, p. 1215 - 1221, 2006. Lee, S. J.; Jeoung, H. G.; Ahn, K. H. Influence of solvent contents on the rubber- phase particle size distribution of high-impact polystyrene. Polymer international, v. 89, n. 13, p. 3672-3679, 2003. MACHADO, Cyntia Esposti Veloso et al. , Estudo das propriedades mecânicas e térmicas do Poliestireno de Alto Impacto. Cadernos UniFOA, Volta Redonda, n. 35, p. 15 - 24, dez. 2017. MONTEIRO, Alceu Edinardo Gusmão. Estudo das propriedades reológicas, térmicas e mecânicas do compósito poli- 3 - hidroxibutirato (PHB) /negro de fumo. 2015. 90 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Centro de Tecnologia e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2015.
PS-GUIA DE SELEÇÃO DE PRODUTOS. Barueri: 2019. 1 p. Disponível em:http://innova.com.br/arquivos/documentos/produtos/PT-ps-tabela- depropriedadespdf-5d1cf95493862.pdf. Acesso em: 12 set. 2020 RICH, Jack C. The materials and methods of sculpture. Courier Corporation,
ROVERE, Juliana et al. , Caracterização morfológica do poliestireno de alto impacto (HIPS). Polímeros , v. 18, n. 1, p. 12-19, 2008.
