PVC Orientado
Introdução a Princípios e Propriedades
resinas com maior peso molecular, processo de orientação
molecular, uso de cargas especiais, etc.
1.1
1. Introdução
Tipos
de
Polímeros:
Os
polímeros são
constituídos por cadeias moleculares longas, formadas por
O mercado de tubos de PVC no Brasil representa
repetições de uma estrutura química, cujas propriedades são
anualmente mais de 400.000 toneladas de composto vinílico,
inerentes à geometria e composição dessa estrutura. Esses
sendo que em 2008 espera-se aumento significativo nessa
fatores, associados ao modo como as cadeias interagem e se
quantia (1). A principal aplicação desse produto é o transporte
agrupam
de água potável e esgoto em instalações prediais e sistemas
comportamento térmico e mecânico do polímero.
de infra-estrutura, além do uso industrial.
umas
sobre
as
outras,
determinarão
o
À medida que as cadeias acomodam-se durante o
O PVC rígido (UPVC – Unplasticized PVC) aparece
resfriamento pós-processamento, pode-se criar (ou não)
como excelente material para essas aplicações, sendo
estruturas organizadas com elevada energia de coesão,
algumas vantagens a manutenção da qualidade da água
denominadas cristalitos. Há polímeros onde a fração em
transportada, resistência química, resistência à oxidação, baixo
volume de cristalitos é significativa, denominados semi-
peso devido à baixa densidade (frente aos materiais metálicos),
cristalinos. Nessa classe, podem-se encontrar diversos núcleos
fácil reciclagem, baixo custo e comprovada longa vida-útil (2).
compostos de cadeias ordenadas agrupadas lado a lado.
Destacam-se o alto módulo elástico, alta dureza e excelente
Ligando esses núcleos há uma segunda fase amorfa,
estabilidade dimensional frente aos polímeros commodities.
composta por cadeias enoveladas, algumas participando de
Considera-se ainda o fator ecológico, já que apenas 43% do
dois ou mais cristalitos. Outros polímeros como o PVC,
peso do PVC vêm do petróleo saindo os outros 57% do sal
Poliestireno ou Poli-metil-meta-acrlilato (“Acrílico”), onde a
marinho, um recurso renovável e não poluente. Projetos em
“cristalização” é discreta, são considerados “amorfos”, ou seja,
curso devem substituir parte do petróleo, por cana-de-açúcar,
predomina a fase desorganizada, composta por cadeias
como recurso base alternativo para produção do monômero
moleculares emaranhadas entre si.
cloreto de etileno, transformando o PVC num material
ecologicamente sustentável (3).
1.2 Tipos de Orientação:
Assim
como
outros
polímeros, o PVC pode ter as propriedades mecânicas
Polímeros como Polipropileno, Polietilenos de Alta e
melhoradas quando se orientam as cadeias moleculares no
Baixa Densidade, PVC, Poliestireno, etc. pertencem à família
sentido da solicitação. Orientar um polímero significa alinhar
dos termoplásticos de uso geral. São commodities fabricadas e
suas cadeias macromoleculares numa direção ou plano
transformadas em diversos países ao redor do mundo e têm
determinado,
ao
invés
de
deixá-las
desordenadas
e
baixo custo frente aos polímeros para uso especial ou de
emaranhadas umas nas outras (4). Para facilitar essa operação,
engenharia, que podem, ou não, resistir mais ao calor e aos
o polímero é aquecido acima da temperatura de transição
esforços mecânicos.
vítrea (Tg), onde as cadeias da fase amorfa adquirem
Para os polímeros em geral, devido à baixa energia
mobilidade e o material passa do sólido vítreo ao borrachoso e
de ruptura frente aos metais, normalmente em aplicações
flexível. Nesse estado é necessária menor energia para
técnicas é de grande interesse qualquer mecanismo que
deformar o material, já que as forças intermoleculares estão
tenacifique ou melhore de alguma forma as propriedades
enfraquecidas. Então é feito o estiramento da peça na direção
mecânicas resultantes de processo de transformação e/ou da
de interesse. Em seguida (e mantendo a peça na posição
matriz polimérica. São usados diversos mecanismos, desde o
“estirada”) a peça é resfriada rapidamente, a fim de congelar as
ajuste de parâmetros em máquinas de transformação até
microestruturas alinhadas.
reforços com fibras sintéticas e minerais, passando pelo uso de
A orientação de polímeros pode ser feita a partir de
materiais semi-cristalinos como PP e PET ou amorfos como PS,
Laboratório de Produtos e Aplicações
PMMA e PVC. Sabe-se que o potencial de melhoria no
tubos de PVC (PVC-O), a fim de melhorar o desempenho
desempenho mecânico quando orientado é maior para os
mecânico do produto para transporte de água sob pressão,
semi-cristalinos (4), mas há vantagens significativas nos
evitando
termoplásticos amorfos.
transporte/instalação, por trincas devido à deformação do
O processo pode envolver apenas um eixo de
orientação, como ocorre longitudinalmente em fibras sintéticas,
falhas
por
impacto
e/ou
perfuração
no
terreno de instalação ou ruptura provocada por picos na
pressão da água.
onde a resistência à tração é aumentada com orientação
Inicialmente o processo “em batelada” era realizado
monoaxial, ou envolver dois eixos (produtos “bi-orientados”)
através da extrusão de uma pré-forma com menor diâmetro
como nos filmes plásticos “BOPP”, telhas de PVC “Ondex®” (5),
que o tubo final e parede mais espessa. A pré-forma seguia
embalagens de refrigerante em PET, dentre outros.
então para o acoplamento a uma câmara, para reaquecimento,
Diversos processos são utilizados no tratamento
termo-mecânico dos
polímeros.
A
estiramento e resfriamento, barra a barra (6).
fabricação de fibras
Mais tarde, no início dos anos 2000, o processo foi
orientadas envolve a passagem do material por fieiras, seguida
desenvolvido e surgiu bi-orientação contínua, sendo as barras
por estiramento contínuo entre dois carretéis, sendo que os
orientadas
posteriores giram em velocidades de 10 a 1000 vezes mais
Resumidamente, a pré-forma é extrudada (também com menor
altas que os primeiros. Isso gera grandes níveis de orientação,
diâmetro e maior espessura de parede que o tubo final) e sob
responsáveis pela resistência à tração elevada das fibras.
temperatura adequada, passa sobre um mandril com maior
antes
do
corte
na
linha
de
extrusão
(6).
Telhas “Ondex®”, feitas em PVC transparente e
diâmetro externo que o diâmetro interno do extrudado,
filmes BOPP são extrudados, resfriados, reaquecidos e
orientando o tubo circunferencialmente, enquanto um puxador
estirados paralelamente à linha de extrusão por puxadores
encarrega-se de orientar a componente axial, paralela à linha
trabalhando em diferentes velocidades, auxiliados por garras
de extrusão, puxando o tubo em velocidade maior que a de
que correm em velocidade crescente junto às laterais do
extrusão da pré-forma.
extrudado, essas garras puxam as extremidades e, movendose para fora aumentam a largura da lamina à medida que
acompanham o ganho de velocidade longitudinal, gerando a
orientação transversal.
1.3 Fabricação de Tubos UPVC: Quando produzido
da forma convencional, o PVC desliza pela parede da matriz
devido
aos
aditivos
típicos
usados
no
processo
de
transformação, havendo pouca orientação no sentido do fluxo.
Ainda, considerando os sistemas de puxamento e resfriamento
comuns às linhas atuais de extrusão de tubos, o PVC, ao sair
da matriz, adquire pouca ou nenhuma orientação, à medida
que o estiramento provocado pelo puxador da linha é pequeno
e a temperatura alta demais para a formação e manutenção
significativa da orientação. Em altas temperaturas (em torno de
200º C para o PVC rígido) as forças intermoleculares são muito
reduzidas e a recuperação da orientação causada pelo
puxamento é quase instantânea e total.
1.4 Tubos de PVC Orientado: Nas décadas de 80 e
90 foi desenvolvido um processo de orientação molecular de
Laboratório de Produtos e Aplicações
Figura 1: Propriedades Melhoradas com a Bi-Orientação
em Tubos PVC-O
Alguns dos ganhos do tubo de PVC-O (Figura 1)
frente ao produto de PVC “rígido convencional” são maior
modulo elástico, maior resistência ao impacto e maior
resistência à tração, sendo possível a economia de 50% a 30%
de material frente aos tubos de PVC convencionais ou com
modificadores de impacto (PVC-M)(7), respectivamente, além
da possível alteração dos mecanismos de falha frágil (por
propagação de trincas) para fratura dúctil “em camadas”.
À medida que se desenvolve a bi-orientação, surge
uma estrutura lamelar concêntrica ao tubo, como camadas
sobrepostas de um tecido, muito resistentes ao rasgo e à
ruptura por penetração. Para romper a parede do tubo, uma
trinca deve percorrer todas as camadas, vistas na Figuras 2 e 3,
sendo elevada a energia de propagação da falha, dissipada na
superfície dos planos. Esse mecanismo diferenciado de fratura
do PVC-O, com aumento na tenacidade à fratura, permite
Figura 2: Superfície de “Fratura em Camadas” de Tubo
baixar coeficientes de segurança para projetos de tubulações,
PVC-O ensaiado em teste hidrostático. Lado interno.
que são inferiores em relação ao PVC-M ou PVC convencional.
Para o PVC-O os coeficientes variam de 1,4 a 1,6 na norma
1.5
Orientação
de Polímeros
Amorfos: Nos
ISO 16422:2006, que regulamenta esses tubos na Europa.
polímeros semi-cristalinos a manutenção da deformação de
Para o MPVC, 2,0, na NBR 7665:2007 e 2,0 a 2,5 na NBR
uma peça, acima de Tg, até os níveis desejados é feita pelo
5647:1999 que regulamentam os tubos MPVC e UPVC, para
ancoramento dos cristalitos, ligados por cadeias da fase amorfa.
linhas de adução e distribuição de água sob pressão,
Em polímeros onde a cristalização é discreta, como no PVC, a
respectivamente.
deformação em altos percentuais é garantida principalmente
pela viscosidade elongacional, nesse caso, função do peso e
distribuição do peso molecular do polímero e da temperatura.
Trabalhos com formulações de PVC rígido e flexível (8)
mostraram que o intervalo entre 90 e 95º C tem a maior
elongação na ruptura (independentemente da presença ou teor
de plastificante do composto), sugerindo maior potencial para
razões de estiramento elevadas.
Quanto maior é a razão de estiramento, ou seja, a
relação entre dimensão no eixo de estiramento do orientado e
dimensão da pré-forma, maior o nível de orientação a uma
mesma temperatura. Isso resulta em ganho nas propriedades
mecânicas, mas menor deformação na ruptura.
1.6 Nível de Gelificação: Para o PVC, orientado ou
Figura 2: Superfície de “Fratura em Camadas” de Tubo
PVC-O ensaiado em teste hidrostático. Lado externo.
não, ter
bom desempenho mecânico, ainda é importante
considerar o “nível de gelificação” do produto (9), que
corresponde a eficiência da conversão do composto em pó a
uma rede tridimensional polimérica, com a compactação,
eliminação dos vazios e poros das partículas, e contornos interpartícula, simultaneamente à alteração da estrutura cristalina
do polímero, sob ação de temperatura, cisalhamento e pressão
(10 e 11).
Laboratório de Produtos e Aplicações
A polimerização por suspensão das resinas de PVC
Trabalhos revelam valores ótimos de gelificação na ordem de
gera uma fração cristalina que ocupa até 10% do volume total
50 a 70% para um bom compromisso entre tenacidade e limite
das partículas, denominada cristalização primária. Devido ao
de resistência à tração (9).
elevado nível de defeitos dos cristalitos, a temperatura de fusão
da fase corresponde a uma ampla faixa de temperatura, entre
110 e 220º C.
Como a temperatura de processo comumente atinge
cerca de 180 a 200º C, esta não é suficiente para fundir os
cristalitos de PVC em sua totalidade, restando alguns
inalterados, advindos da estrutura original da partícula de
resina.
Parte do volume fundido recristaliza durante o
resfriamento pós-transformação, originando a “cristalização
secundária”.
O nível de gelificação pode ser medido, entre outros
métodos, por calorimetria diferencial de varredura (12) (DSC –
Differential Scanning Calorimetry), relacionando-se os valores
da cristalinidade secundária (formada no resfriamento “póstransformação”) e cristalinidade primária (inerente às partículas
da resina após a polimerização). De forma geral, quanto maior
o nível de gelificação, maior o valor da relação entre
cristalização secundaria e cristalização total do material. Na
Figura 4 pode ser visto um esquema do termograma obtido a
partir do PVC processado. Em temperatura próxima a 80º C
ocorre mudança na linha base do gráfico, devido à transição
vítrea, que altera a capacidade calorífica da amostra (13).
Conforme comentado anteriormente, nessa região o material
passa de um sólido vítreo para um borrachoso flexível. Em
torno de 110º C começa a endoterma de fusão dos cristais
secundários,
cuja
temperatura
máxima
atingida
na
transformação corresponde ao vale formado entre os picos de
áreas A e B. O segundo pico corresponde à fusão da
cristalinidade primária da resina, que não chega a fundir no
processo. O nível de gelificação é calculado pela Equação 1.
Figura 4: Termograma de Composto Processado de PVC
Um nível elevado de vazios e contornos de grão existentes na
pré-forma, oriundo de um baixo nível de gelificação, poderia
levar a queda na eficiência da orientação, já que parte da
deformação do corpo durante o estiramento resultaria do
deslocamento entre-grãos, cuja interface tem baixa adesão,
absorvendo a deformação imposta pelo mecanismo de
orientação, sem o alinhamento das macromoléculas. Ainda,
esses vazios podem ser aumentados durante o processo de
orientação, concentrando tensões nesses pontos da matriz
dúctil, podendo levar à falha precoce da peça pronta.
Se a matriz é bem gelificada no processo de
conformação da pré-forma, grande parte da energia gasta no
estiramento será consumida na deformação das cadeias,
enquanto o deslizamento entre-grãos e alongamento de vazios
será pouco significativo.
A eficiência do processo de orientação assim como
confirmação do nível de gelificação adequado podem ser
avaliados colocando-se os orientados em estufa (entre 100 e
G (%)
=
A
A + B
* 100
150º C). A recuperação após longo tempo em temperatura
acima de Tg deve resultar num perfil dimensionalmente muito
similar à pré-forma. Se a fração recuperada não equivale à
Equação 1: Cálculo do Nível de Gelificação medido por
razão de estiramento, alguns fatores devem ser levantados.
DSC
Entre eles: (a) a temperatura de estiramento é elevada demais
e as cadeias recuperam rapidamente a deformação imposta
pelo estiramento, retornando ao estado desorientado (devido
Laboratório de Produtos e Aplicações
ao baixo tempo de relaxação molecular); (b) pelo mesmo
motivo anterior, a velocidade de estiramento ou a taxa de
1. Formulação do Composto de PVC
resfriamento são muito baixas; (c) o nível de gelificação do
perfil é insuficiente.
Matéria Prima
PCR
Solvin 266RC
2. Objetivo
Desenvolver um método de laboratório eficiente para
100
Stabtin 14V
1
Paraloid K120N
1
Estearato de Cálcio
1
mono-orientação do PVC rígido, a fim de permitir futuros
Micron 2F
3
estudos sobre o tema.
A-C 316A
0,3
Identificar a influência de diferentes razões de
estiramento sobre as propriedades mecânicas do material em
questão. No caso da referência aos tubos PVCO (bi-orientados)
é importante a avaliação de propriedades de longa duração,
como
a
fluência,
que
pode
ser
relacionada
com
o
comportamento de tubos para pressão ao longo de sua vida-útil.
No presente estudo, devido a limitações de equipamento, esse
tema não será explorado. Por ser um trabalho introdutório, a
orientação das pré-formas será feita apenas axialmente, para
entendimento de princípios e mecanismos relacionados ao
tema geral.
Identificação
1,00
1,50
PVC Rígido
Convencional
Extrudado
Razão de
Estiramento
RE ( )
foram aquecidos em estufa por 20min à temperatura de 95º C e
em seguida estirados individualmente à taxa de 500%/min, no
equipamento Emic DL3000.
Concluído o estiramento, os perfis foram resfriados
rapidamente com água a 20ºC.
A relação entre o comprimento final do estirado e o
comprimento da pré-forma é conhecida como razão de
estiramento, o que será usado como identificação das
amostras (Tabela 2) e deve ser proporcional ao nível de
orientação das macro-moléculas do polímero.
2. Identificação das Amostras
Descrição
3.1 Mecanismo de Orientação: Perfis extrudados
Não Orientado
1,75
2,00
Amostras
Orientadas a
Partir do Perfil
Extrudado
1,50
1,75
2,00
A avaliação da eficiência do processo de orientação
foi feita com 3 corpos de prova de cada amostra. Os 12 corpos
de prova foram medidos e colocados em estufa por 30min a
135º C e depois medidos novamente.
3.2 Medição do Nível de Gelificação: A pré-forma
foi avaliada em DSC. Foi utilizado um aparelho Netzsch DSC
200 PC, com aquecimento a partir de 30º C à taxa de 10º
C/min em atmosfera de Nitrogênio.
3.3
3. Procedimento Experimental
A formulação descrita na Tabela 1 foi misturada em
misturador intensivo Mecanoplast ML9, com capacidade para
3Kg, em 1500rpm até 120º C, seguido de resfriamento a 50º C.
O composto em pó foi extrudado e granulado numa
extrusora
mono-rosca
MPM
de
Ø=35mm
e
relação
comprimento/diâmetro L/D=22. A temperatura das zonas de
aquecimento do canhão e matriz foi fixada em 180oC.
A extrusão das pré-formas foi feita numa extrusora
mono-rosca Ciola, de Ø=30mm, com L/D=25. As temperaturas
da máquina foram fixadas em 190oC.
Laboratório de Produtos e Aplicações
Ensaios
Mecânicos:
Corpos
de
prova
adequados foram usinados a partir dos perfis extrudados a fim
de conhecer algumas de suas propriedades mecânicas, de
acordo com as normas ISO correspondentes. Todos os corpos
de prova foram mantidos a 25º C por no mínimo 40h antes de
serem ensaiados num aparelho Emic DL3000.
Resistência ao Impacto Izod (com entalhe): 20
corpos de prova foram ensaiados de acordo com a norma ISO
180:2000 Plastics – Determination of Izod Impact Strenght. Não
se pode avaliar a resistência ao impacto de amostras sem
entalhe devido às amostras orientadas terem resistência ao
impacto superior à capacidade do aparelho disponível.
Deformação sob tração, 6 corpos de prova ensaiados
de acordo com a ISO 527:2005 Plastics - Determination of
Tensile Properties;
Os intervalos de confiança (LC90) considerados
representam 90% das populações de resultados para cada
média ( =0,1). As curvas de tendência logarítmicas e
parabólicas foram geradas pelo programa Microsoft Excel 2000.
O Coeficiente de Variação CV corresponde à relação
3. Eficiência do Processo de Estiramento
Amostra
1,00
1,50
1,75
Estiramento Recuperado ( )
1,01
1,46
1,77
2,00
1,92
Desvio Padrão ( )
0,00
0,00
0,00
0,00
CV (%)
0%
0%
0%
0%
LC90 ( )
0,00
0,00
0,00
0,00
Variação (%)
1%
-3%
1%
-4%
percentual entre o desvio padrão e a média de resultados.
A tenacidade à fratura sob tração é calculada
integrando a área abaixo da curva tensão/deformação do
2,25
ensaio são fornecidos pelo Software Tesc 3.01, fornecido pela
fabricante do aparelho.
Considerando que não foi usado extensômetro na
análise de tração, os valores de módulo de elasticidade foram
encontrados manualmente, tangenciando a reta elástica e
servem apenas como comparativo.
4. Resultados e Discussão
4.1 Eficiência do Processo de Orientação: A
Tabela 3 ilustra a eficiência do processo testado. A amostra
2,00 tem a maior variação, -4% do valor esperado. Os
pequenos desvios podem ser associados à oscilação de
temperatura do canhão da máquina ao longo da extrusão,
gerando
níveis
consequentemente
de
gelificação
viscosidades
diferenciados
elongacionais
e
diferentes
durante o estiramento. Outro fator que pode contribuir para a
variação é a oscilação de vazão da extrusora mono-rosca,
velocidade de puxamento e calibração da pré-forma, gerando
variação dimensional no sentido paralelo à máquina (PM), fato
que não foi considerado no ensaio.
Sendo
heterogênea
a
resistência
ao
fluxo
elongacional da pré-forma, seja por diferença de viscosidade
ou por oscilação seccional, haverá diferenças de escoamento e
nível de orientação dentro da mesma peça estirada. O desvio
dos resultados mecânicos, tratados nos itens 4.3 e 4.3, aborda
essas variações.
Laboratório de Produtos e Aplicações
Razão de Estiramento Recuperada / Real ( )
ensaio. Esse valor, assim como os outros relacionados ao
2,00
1,75
1,50
1,25
1,00
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
Razão de Estiramento Esperada ( )
Figura 5: Comportamento linear dos resultados de
recuperação da orientação sob temperatura.
4.2 Nível de Gelificação: Na Figura 6 pode-se ver o
termograma da pré-forma. A Tg do composto é identificada em
83,3º C (método ASTM) e os valores dos calores de fusão das
cristalizações
primárias
e
secundárias
são
10,93J/g
e
0,6891J/g respectivamente, indicando um nível de gelificação
de 94%, que será considerado satisfatório para a pré-forma de
UPVC usada no estudo. O Vale entre os dois picos de fusão
revela a temperatura máxima atingida no processo, 197,5º C.
Resistência ao Impacto Izod (KJ/m2)
50
40
30
20
10
0
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
Razão de Estiramento ( )
Figura 6: Termograma da pré-forma usada no trabalho.
Figura 7: Resistência ao Impacto Izod, corpo de prova
4.3
Resistência
ao
Impacto:
A
análise
de
entalhado. ISO 180:2000 (Método A).
resistência ao impacto por método Izod com entalhe, avalia a
fratura através da energia necessária para a propagação de
uma trinca pré-existente (entalhe).
4. Resistência ao Impacto Izod - Entalhado
Amostra
1,00
1,50
1,75
Resistência ao
Impacto (KJ/m2)
Desvio Padrão
(KJ/m2)
CV (%)
2,00
4,46
21,47
26,57
30,22
0,48
4,61
2,54
3,85
11%
21%
10%
13%
0,24
2,33
1,29
ISO 180:2000 – Corpo de Prova Tipo A
1,95
LC90 (KJ/m2)
Conforme os resultados vistos na Tabela 4 e Figura 7,
pode-se associar o ganho na resistência ao impacto avaliado
nesse ensaio, ao nível de orientação. Ao se orientar as cadeias
poliméricas no sentido transversal à propagação da trinca, criase um efeito dissipador de tensões.
Figura 8: Corpos de prova de amostra (A) não orientada,
propagação da trinca em linha no corpo de prova (B)
orientada, propagação paralela a orientação, seguindo os
caminhos de menor energia, com aspecto “zig-zag”.
As cadeias estiradas perpendicularmente à direção de
desenvolvimento da trinca têm suas extremidades ancoradas
em regiões vizinhas ao eixo de propagação da fratura,
dissipando a energia nas regiões adjacentes e aumentando a
energia absorvida no impacto. Nas amostras orientadas é
observado o desenvolvimento da trinca na direção dos
caminhos de maior concentração de tensões (planos paralelos
à orientação), conforme as Figuras 8 e 9.
Laboratório de Produtos e Aplicações
5. Resistência à Tração
1
1,5
1,75
2
42,17
66,33
77,33
87,67
Dp (Mpa)
6,15
4,89
6,83
7,79
CV (%)
15%
7%
9%
9%
LC (90)
4,92
3,91
5,47
6,23
Deformação na
Ruptura (%)
237,67
145,33
91,00
91,33
Dp (%)
16,73
10,58
13,13
14,02
CV (%)
7%
7%
14%
15%
LC (90)
13,39
8,46
10,51
11,22
Tenacidade
sob Tração (J)
131,50
217,67
146,50
159,00
Dp (J)
9,61
11,55
20,33
26,47
CV (%)
7%
5%
14%
17%
LC (90)
7,69
9,24
16,27
21,18
Módulo
Elástico (MPa)
1166
1250
1375
1428
Amostra
Tensão de
Ruptura (Mpa)
Figura 9: Corpos de prova fraturados das amostras 1,00,
1,50 e 2,00. A trinca se desenvolve perpendicularmente a
direção de propagação.
4.4 Resistência à Tração: O nível de orientação aumenta a
tensão de ruptura e módulo elástico, mas reduz a deformação
na
ruptura
(Tabela
5).
O
alinhamento
das
cadeias
macromoleculares gera ganhos na rigidez e maior resistência
ao escoamento (Figuras 10 a 13), devido às cadeias estarem
posicionadas na direção do eixo de orientação, tendo maior
área de interação com as vizinhas e aumentando a resistência
ao cisalhamento entre camadas adjacentes.
O curso normal de uma solicitação de tração se inicia
(i) pela deformação das cadeias de forma elástica, sem
escorregamento entre moléculas; (ii) orientação das cadeias
com deformação permanente; (iii) fratura. Em teoria, se as
cadeias já estão orientadas no início da tração, o potencial de
deformação diminui à medida que o material não consegue
absorver a deformação devido ao esgotamento do curso de
escorregamento intermolecular.
No presente ensaio leva-se em conta ainda, a
propagação dos vazios, contornos inter-partículas e defeitos
concentradores de tensão, oriundos da estrutura da resina de
PVC, que também podem gerar a falha do material,
principalmente nas amostras orientadas, já que vazios e
contornos de grão podem ter seus efeitos potencializados
devido
ao
aumento
dimensional
proporcionado
estiramento na orientação.
Laboratório de Produtos e Aplicações
pelo
ISO 527:2005
A deformação inesperada na ruptura da amostra 1,75
pode ser explicada pela ocorrência de um número maior que o
normal de defeitos e/ou contaminações no material, sendo que
se esperava comportamento intermediário entre as amostras
1,50 e 2,00. Devido a esse fato, a mesma foi plotada, mas não
foi considerada no cálculo da curva prevista de tenacidade à
fratura em função do nível de orientação, Figura 14.
100
1600
2,00
1450
1,75
Módulo Elástico (MPa)
Tensão (MPa)
75
1,50
1300
50
1,00
1150
25
0
0%
50%
100%
150%
200%
250%
1000
1,00
1,25
1,50
2,00
2,25
2,50
Figura 13: Módulo elástico sob tração.
Figura 10: Curvas Representativas dos comportamentos
das amostras ensaiadas sob tração, segundo ASTM D 638.
240
110
Tenacidade à Fratura sob Tração (J)
220
90
Tensão na Ruptura (Mpa)
1,75
Razão de Estiramento ( )
Deformação (%)
70
200
180
160
140
120
50
100
1,00
1,25
30
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
Razão de Estiramento ( )
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
Razão de Estiramento ( )
Figura 14: Energia de fratura sob tração em função da
Figura 11: Tensão na ruptura sob tração em função da
razão de estiramento. A amostra 1,75 foi desconsiderada
razão de estiramento da amostra.
para construção da curva de tendência.
270
5. Conclusão
O processo de orientação do PVC rígido mostra-se
Deformação na Ruptura (%)
220
excelente mecanismo para melhoria de algumas propriedades
mecânicas. Para peças mono-orientadas os ganhos foram de
170
até 66% em tenacidade sob tração e 107% na resistência ao
120
impacto, para as amostras 1,50 e 2,00 respectivamente frente
ao UPVC.
70
20
1,00
Tanto o processo de extrusão da pré-forma quanto a
etapa de orientação do PVC-O devem ter seus parâmetros
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
Razão de Estiramento ( )
Figura 12: Valores de deformação na ruptura em função da
razão de estiramento da amostra.
Laboratório de Produtos e Aplicações
rigidamente monitorados, já que oscilações dimensionais ou no
nível de gelificação da pré-forma podem causar diferenças nas
propriedades do produto final.
O
processo
de
orientação
desenvolvido
em
(10) MARQUES, P. R.; COVAS, J. A. “Processing
laboratório é eficiente e pode ser usado em estudos posteriores.
Characteristics of U-PVC Compounds” - Companhia Industrial
Os desvios encontrados são aceitáveis e os resultados
de Resinas Sintéticas, CIRES S.A. – 2003.
comparáveis aos de outros trabalhos.
(11) ALVES, J. P.D.; RODOLFO Jr., A. “Análise do Processo
6. Bibliografia
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J.H.G, “Long Term Performance Prediction of Existing PVC
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Water Distribution Systems” – Apresentação na Plastics Pipes
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(13)
CANEVAROLO
Jr.,
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de
Caracterização de Polímeros” – São Paulo – Artliber Editora –
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