Dureza é a propriedade característica de um material sólido.

Quando se trata de materiais, não só poliméricos, uma das principais questões indagadas para determinadas aplicações está relacionada às características mecânicas do material. Diversas indústrias que aplicam polímeros, principalmente em condições de engenharia, tem como necessidade conhecer diversos parâmetros, obtidos através de uma gama de ensaios mecânicos responsáveis por caracterizar esses materiais.

Além dos ensaios de tração e impacto, também responsáveis por caracterizar o material mecanicamente, um dos ensaios mais importantes para a caracterização mecânica é o de dureza. Porém, dentro dos ensaios de dureza, temos dois principais tipos de ensaio, conhecidos como Dureza Shore e Dureza Rockwell. E nesse caso, é importante que se saiba a diferença e principalmente qual entre esses dois tipos de ensaio escolher para cara aplicação.

Dureza, segundo a definição, é a medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada, ou seja, uma pequena impressão ou risco. O principal objetivo dessa análise é o conhecimento das resistências mecânica e ao desgaste, controle de qualidade nos processos de conformação plástica e nas condições de fabricação, além de permitir a verificação das condições de tratamento térmico, porém essa finalidade se restringe a ensaios para materiais metálicos.

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As principais vantagens desse ensaio está relacionada à facilidade e rapidez na execução, além do baixo custo de processo. Além disso, é ambos os tipos de ensaio são considerados não destrutivos, permitindo, desta forma, se ter uma ideia da resistência mecânica através do uso de tabelas de correlação.

Neste texto vamos falar sobre os dois principais tipos de ensaio, visando o processo e as características de cada um deles.

Ensaio de Dureza Shore

O ensaio de dureza Shore é responsável por avaliar a superfície do polímero, podendo também se aplicar a elastômeros. O método realizado para a obtenção dos resultados nesse ensaio se baseia na avaliação da resistência relativa à endentação, medindo a profundidade deixada no material após a aplicação da carga localizada.

Este ensaio dependente de alguns fatores, como por exemplo: o tempo. Isso porque, geralmente, são ensaiados materiais com grande resiliência e, portanto, grande capacidade de absorver energia e se adaptar à deformação. Além disso, o ensaio de dureza Shore não permite a relação com as propriedades de resistência mecânica permitindo prevê-las.

Figura: Ensaio de Dureza Shore

Ensaio de Dureza Rockwell

A dureza Rockwell é um dos métodos mais utilizados para se medir dureza. Isso porque é uma medição direta da propriedade em que os resultados são lidos na máquina de ensaio. Assim, é um dos métodos mais simples e que não requer habilidades especiais do operador, eliminando assim a probabilidade de quaisquer erros humanos. Além disso, diante da existência de várias escalas diferentes, é possível realizar o ensaio em uma gama de materiais que envolve praticamente todas as ligas metálicas e em diversos polímeros.

O Índice (HR) é determinado pela diferença na profundidade de penetração de uma carga inicial, conhecida como pré-carga, seguida de uma carga principal.

As vantagens presentes nesse teste, além da eliminação da probabilidade de erro humano, incluem a medida direta do valor e a rapidez do teste. Além disto o teste é não destrutivo, isto é, em geral a peça pode ser utilizada depois da medida. Porém algumas desvantagens também são inerentes a esse tipo de ensaio, uma delas é a multiplicidade de escalas não relacionadas e os possíveis efeitos da mesa usada para suporte do corpo de prova.

A Afinko realiza estes e outros ensaios de dureza. Entre em contato conosco: https://afinkopolimeros.com.br/contato ou por contato@afinkopolimeros.com.br

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Impacto Izod ou Charpy: já ouviu falar sobre eles?

O teste de impacto é utilizado para medir a energia de impacto ou a tenacidade de um corpo de prova padrão através do choque com uma carga. No caso dos ensaios Izod e Charpy, essa carga é aplicada com o impacto instantâneo de um martelo pendular que é liberado de uma posição elevada predeterminada.

A diferença principal entre os ensaios Charpy e Izod está na maneira em que o corpo de prova é posicionado, como mostra a figura. Somado a isso, para o Izod (ASTM D256, por exemplo) utiliza-se um corpo de prova com 63,5 mm de comprimento, que é preso verticalmente. O martelo atinge o corpo de prova no topo.

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Para o Charpy (ISO 179, por exemplo) é utilizado um corpo de prova com 80 mm de comprimento. O mesmo é preso horizontalmente e o martelo o atinge no centro.

Figura: Impacto Charpy e Impacto Izodimpa

Como é possível observar na imagem, algumas normas solicitam que o corpo de prova possua um entalhe com determinadas medidas. O entalhe consiste numa identadura que simula uma trinca. Desta maneira, quando o ensaio é realizado com entalhe é observada, majoritariamente, a energia necessária para a propagação de trincas. Quando o ensaio é realizado sem entalhe é observada também a energia necessária para a geração de trincas.

Que informações obtemos do ensaio de Impacto?

Através deste ensaio conseguimos determinar a resistência ao impacto. Essa, por sua vez, é definida como a energia necessária para fraturar o corpo de prova. É medida em J/m (normalizada pela largura do corpo de prova) ou kJ/m² (normalizada pela área transversal do corpo de prova).

A determinação da resistência é fundamental para garantir qualidade e conformidade do produto. Além disso, muitas vezes é utilizado para se comparar lotes e formulações.

Algumas normas utilizadas para realizar este ensaio são: ASTM D256, ASTM D4812, ASTM D6110, ISO 179, ISO 180.

Além da resistência, é possível também analisar a degradação de um material. Isso se deve pelo fato de que materiais degradados tendem a possuir uma menor resistência.

A Afinko Soluções em Polímeros realiza o Ensaio de Impacto. Tem algum polímero ou material que deseja verificar sua resistência ou sua degradação?

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Nós realizamos os dois tipos de ensaios. Saiba agora qual você deve escolher.

É comum aqui na Afinko nós recebermos solicitações para analisar diversos tipos de materiais e diversas propriedades e aplicações. Entretanto, sem dúvida alguma, a grande maioria desses ensaios solicitados se enquadram entre os grupos de ensaios físicos e ensaios químicos. Cada um desses grupos possui uma grande gama de parâmetros e informações a serem obtidas através dos ensaios, que podem atender diversos tipos de amostra e setores industriais.

Mas qual a diferença entre esses dois grupos de ensaios? Como diferenciá-los e como saber qual deles é capaz de atender determinada necessidade? É exatamente isso que você vai aprender nesse texto.

Figura: Imagem do nosso equipamento de Ensaio de Flexão. 

Ensaios Físicos

Os ensaios físicos são popularmente confundidos e reduzidos aos ensaios mecânicos aos quais podemos submeter os materiais. Apesar dos ensaios físicos também abrangerem os ensaios mecânicos, estes são uma classe composta de diversos outros testes testes de diferentes naturezas, que vão muito além dos ensaios de propriedades mecânicas, sendo capazes de colher uma gama de informações muito maior sobre os materiais. Como exemplo, temos os ensaios de densidade, de flamabilidade, teor de carga e de umidade, absorção de água, contração pós-moldagem e colorimetria. Impacto, tração, flexão, rasgamento, compressão e dureza também são, além de pertencerem, neste caso aos ensaios mecânicos.

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Com os ensaios deste grupo é possível analisar como o material/produto se comporta após sua fabricação. Ensaios desse tipo submetem o material ou uma amostra da mesma composição a testes que fornecem informações diretas ou indiretas sobre o comportamento/reação dessas amostras à determinadas condições impostas aos mesmos. Dessa forma, observando, por exemplo, se ele se comporta como o planejado de acordo como foi projetado.

Em geral, são propriedades de nível macroscópico.

Figura: Ensaios Químicos

Ensaios Químicos

Os ensaios químicos são aqueles capazes de nos dar informações estruturais e de composição do material. É comum aplicar os ensaios químicos principalmente quando trata-se de uma situação de reconhecimento e mapeamento de um material ainda desconhecido, além de seus componentes, da sua conformação química, bem como da presença de aditivos e impurezas, qualitativamente e quantitativamente. Como Exemplo de ensaios químicos, temos: Espectroscopia no Infravermelho (FTIR), Espectroscopia na região do ultravioleta-visível (UV-VIS), Fluorescência de Raios-X (FRX), Difração de Raios-X (DRX), Cromatografia Gasosa Acoplada a Espectrometria de Massas (GC-MS), Cromatografia Líquida Acoplada a Espectrometria de Massas (LC-MS), Teor de Extraíveis, Determinação de Grupos Funcionais por Titulação, Ressonância Magnética Nuclear (RMN), dentre outros.

A proposta destes ensaios é analisar porque o material se comporta daquela forma em relação a sua composição química. Através deles nós podemos observar a presença de certas estruturas químicas, bem como de suas influências no comportamento final do material.

E qual escolher?

A melhor resposta para essa pergunta é: DEPENDE.

Sim! Depende. Isso porque isso varia de acordo com a análise que se deseja realizar. É necessário ter um breve conhecimento da informação que se deseja obter para que seja realizado o teste mais correto e eficaz

Se a intenção é analisar COMO o material se comporta, sem que se queira entender a influência da estrutura e composição química no comportamento, provavelmente o ensaio mais indicado será algum ensaio físico.

Mas, se a sua intenção é analisar PORQUE o material se comporta daquela forma, uma vez que já se tem informações sobre o comportamento do material, provavelmente será alguma análise química.

O ideal é combinar estes grupos para ter um entendimento mais completo do material ou produto final.

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Um dos ensaios mais realizados por nós, o ensaio de tração oferece diversas informações sobre as propriedades mecânicas de um material.

Basicamente, um corpo de prova é submetido a um esforço (força) uniaxial que tende a alongá-lo até à fratura.

O ensaio pode ser realizado em produtos acabados ou em corpos de prova. Em produtos acabados, o ensaio procura simular as condições de uso/funcionamento. Já em corpos de prova, é possível analisar as propriedades do material independente das estruturas/formato, permitindo a comparação e reprodução dos resultados. O formato e medidas dos corpos de prova são determinados através de normas técnicas como ABNT e ISO. Isso acontece devido ao fato de que propriedades como limite de elasticidade, resistência, alongamento e etc, são diretamente afetadas pelo formato e tamanho da peça a ser analisada, e também pela velocidade de aplicação da carga.

 Como é realizado?

O corpo de prova ou produto acabado é fixado pelas suas extremidades nas garras de fixação da máquina de tração. É então aplicada uma força através da aplicação de uma carga gradativa e registrando cada valor de força correspondente a um diferente tipo de alongamento do material (alongamento este medido por um extensomêtro). O ensaio termina quando o material se rompe ou até o limite da máquina.

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O corpo de prova é estirado sofrendo uma estricção na região central da peça, conforme a figura abaixo. A ruptura sempre se dá nessa região. Exceto se um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura.

Gráfico de Tensão x Deformação – Demonstração da região central do corpo de prova.

Quais são os resultados?

Como resultado, obtém-se um gráfico tensão x deformação.  Através dele é possível analisar o comportamento do material do início do ensaio, até a ruptura, e obter as informações descritas na imagem:

Gráfico de Tensão x Deformação

Somado a estes elongação na ruptura, tensão na ruptura, deformação na ruptura, o limite de resistência à tração (ou Tensão máxima de Tração) e deformação no escoamento.

Além dos fatores já mencionados, os resultados podem ser afetados pelo tipo de polímero, temperatura de realização do ensaio, presença de fibras, cargas e outros fatores.

No próximo artigo nós iremos explicar a influência destes fatores.

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Nós recomendamos:

CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.