a) Tensão; b) Relaxamento.
Figura 8.7 - Testes de compressão (A) e endentação (B) nas espumas de PU.
8.1.2.5 - Compressão & endentação
Nas espumas flexíveis de PU. os resultados dos experimentos de suporte de carga (endentação) muitas vezes são confundidos com os de resistência à compressão (NBR 9176, ISO 2439, ASTM D 3574). Na determinação do suporte de carga, ou força de endentação (IFD), é medida a força necessária para acarretar reentrâncias específicas (25, 50 e 65%) na espuma, causadas por um endentador de 20 cm de diâmetro. Nas espumas flexíveis o valor de conforto é definido como a razão entre as forças de endentação a 65% e 25%. Na resistência à compressão a amostra é comprimida por 60 seg, a 50% de seu tamanho original e a carga final é medida. A Figura 8.7 ilustra os testes de compressão e endentação.
a) Tensão; b) Relaxamento.
Figura 8.7 - Testes de compressão (A) e endentação (B) nas espumas de PU.
A dureza mede a resistência à penetração, ou ao risco. O aumento das forças coesivas intermacromoleculares resulta em acréscimo na dureza do material. Os PU's que possuem alto teor de segmentos rígidos segregados são mais duros. O aumento do número de ligações cruzadas em PU's macios resulta em maior dureza, desde que não ocorra inibição na formação dos domínios de segmentos rígidos segregados. O uso de plastificantes resulta em redução da dureza, pois diminui as interações intermacromoleculares. A dureza de materiais sólidos é medida em escalas arbitrárias descritas nos métodos ASTM D 785 e ASTM D 2240. Para a caracterização da dureza dos PU's sólidos é normalmente utilizado o teste de dureza Shore (Figura 8.8). Neste teste, um durômetro mede a resistência, tomada como a medida da dureza, à penetração de um pino pressionado contra o elastômero pela ação de uma mola sob carga padronizada. Um ponteiro move-se através de uma escala para mostrar a resistência à penetração, e as escalas nos durômetros Shore variam de 0 a 100. As escalas, normalmente utilizadas para os PU's sólidos, são a escala Shore A para os materiais macios e a Shore D para os duros. Estas escalas se sobrepõem nos valores mais altos da A e mais baixos da D. Em calçados é também utilizada a escala Acher C.
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8.1.2.7 - Resistência à fricção
A resistência à fricção, ou ao deslizamento é uma propriedade importante para os materiais. A força de fricção se opõe à força de deslizamento e depende do acabamento da superfície do material. Pode ser representada pelo coeficiente de atrito, que é a razão entre a força de fricção e a carga aplicada normalmente à superfície de duas placas superpostas entre as quais se desenvolve o atrito (ASTM D 1894 e D 3028). Nos PU's sólidos com alta dureza são obtidos baixos coeficientes de fricção.
8.1.2.8 - Resistência ao cisalhamento
A resistência ao cisalhamento é uma característica importante nas espumas rígidas de PU (Capítulo 5) utilizadas como coração em estruturas tipo sanduíche, entre faces com tensão de ruptura relativamente alta. Com a deflecção destas estruturas, a espuma rígida do coração é submetido a esforço de cisalahmento. No teste (ISO 1922 - EN 12090 - ASTM C273 - DIN 53 427 e 52 294), o material é colado entre duas placas planas metálicas que se movem em direções paralelas e opostas (Figura 8.9). A tensão de cisalhamento é resultado da força mais alta determinada até a fratura da amostra de teste.
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a)
Suporte metálico;
Figura 8.9 - Resistência ao cisalhamento |
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 Resistência à flexão = (3 x f x l) ¸ (2 x b x h2) Figura 8.10 - Teste de flexão dos três pontos |
8.1.2.9 - Resistência à flexão
A resistência à flexão (ISO 1209 - EN 12089 - ASTM D790 - DIN 53 423) representa a tensão máxima desenvolvida na superfície de uma barra quando sujeita a dobramento, e aplica-se aos materiais rígidos, ou seja, aqueles que não vergam excessivamente sob ação de uma carga. No teste de flexão uma barra de dimensões padrões, de espuma rígida (Capítulo 5) é apoiada pelas extremidades e no centro (Figura 8.10). A seguir os apoios das extremidades movimentam-se a uma velocidade de 10 ± 2 mm por minuto, e a força correspondente a uma deflexão de 20 ± 2 mm é registrada. Se o corpo de prova quebra antes de defletir 20 mm, a força de deflexão na ruptura é então a registrada.
8.1.2.10 - Módulos de elasticidade
O módulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensão aplicada e a deformação resultante, dentro do limite elástico, em que a deformação é totalmente reversível e proporcional à tensão. Cada uma das curvas de tensão x deformação, descritas anteriormente, mostra uma região aproximadamente linear no seu início. Nestas regiões cada deformação é reversível e o material é perfeitamente elástico e retorna completamente ao seu formato original, após a retirada da carga aplicada, devido ao realinhamento das cadeias macromoleculares longas e flexíveis. Tensões posteriores podem acarretar escoamento macromolecular com o rompimento de ligações secundárias entre cadeias adjacentes, resultando em deformações permanentes. O coeficiente angular na região de linearidade é denominado módulo de elasticidade. O módulo de cisalhamento é um módulo especial de elasticidade determinado com pura tensão de cisalhamento e correlacionado matematicamente com os módulos elásticos obtidos nos ensaios de tensão, compressão e flexão.
Para um sólido elástico perfeito, a curva tensão/deformação é linear e inalterada pela taxa de deformação (Lei de Hooke), e a constante de proporcionalidade é chamada de módulo de Young (e). Os PU's, como todos os materiais poliméricos, somente se comportam segundo a Lei de Hooke, em níveis baixos de carga, onde o material readquire rapidamente a forma inicial, quando a carga é removida. Nos testes de resistência à compressão, tração, rasgo e flexão, para o cálculo dos respectivos módulos de compressão, tração, rasgo e flexão, o módulo elástico das espumas rígidas é obtido na parte inicial quase linear, das curvas de tensão/deformação. O módulo de flexão, ou rigidez, das espumas com estrutura sanduíche com pele, que é mais resistente à tração que o coração da espuma, é proporcional à terceira potência da espessura do composto. Quando uma lâmina rígida suporta uma carga de flexão, uma face da lâmina está sob compressão e a outra sob tração; entre as duas faces existe um plano neutro, onde a tração devido à flexão é teoricamente zero. Na prática, há sempre um componente de forca de rasgo e o coração da espuma de baixa densidade é submetido à tensão de rasgo. Nas aplicações das espumas com estrutura sanduíche com pele com alta tensão de ruptura, onde a propriedade de alto suporte de carga é requerida, a densidade mínima usada deve ser suficientemente alta para assegurar uma resistência ao rasgo aceitável.
Existem diversos tipos de testes de impacto, todavia os principais tipos são o método Izod (ISO R180) ou Charpy (ISO R179) e o que utiliza um dardo ou martelo de queda. Os testes Izod e Charpy medem a energia requerida para quebrar um corpo de prova do material em forma de barra. Um pêndulo de massa conhecida é deixado cair de uma altura conhecida, até o seu ponto mais baixo de balanço, para golpear o corpo de prova, sendo, então, medida a energia do impacto. Os testes de pêndulo de impacto, utilizando corpos de prova entalhados ou não, são largamente usados para materiais plásticos, mas não é adequado à maioria dos PU celulares, sendo, nestes casos, preferidos os testes de peso caindo (ASTM D 3029).
