Deformações Permanentes em Compressão

Vimos, quando falamos da resiliência, que a recuperação da borracha após uma deformação pode não ser total, podendo prevalecer uma deformação residual. Esta característica da borracha depende, fundamentalmente, da sua composição e do seu estado de vulcanização. Há imensas aplicações de artefactos de borracha em que esta característica é determinante do seu bom desempenho; é o caso dos materiais de vedação, como juntas e O-rings. Recorde-se o trágico acidente com o vai-vém espacial Challenger, ocorrido quando do seu lançamento em 28 de Janeiro de 1986, em que pereceram os seus sete tripulantes. A comissão de inquérito às causas do acidente, concluiu que a falha técnica se ficou a dever:

Estas conclusões ilustram duas falhas dramáticas. Por um lado, uma falha devida a uma resposta dinâmica lenta, a baixa temperatura, falha que tem a ver com uma recuperação lenta dos O-rings às deformações a que estavam sujeitos, em condições de temperatura extremamente baixas. Esta característica está associada, de muito perto, à deformação permanente por compressão.

Por outro lado, mostra a necessidade dos projectistas envolvidos num projecto dos vários componentes articularem totalmente os seus pontos de vista. Na realidade, as cavidades de alojamento dos O-rings não estavam bem projectadas para os O-rings utilizados; ou, num outro ponto de vista, estes não estariam bem ajustados para aquelas. Em resumo: aspectos de concepção dimensional e de especificação de material estiveram na origem de tão grave acidente.

A determinação da deformação permanente em compressão pode fazer-se por dois métodos: a deformação constante e a força constante.

A determinação da deformação permanente a deformação constante, a temperatura determinada, é efectuada em aparelhos muito simples, com provetes de configuração cilíndrica e com o auxílio de anéis ou barras espaçadoras, que limitam o valor da compressão.

A Figura 19 mostra um desses aparelhos (por cortesia da empresa Gibitre Instruments, Itália), o qual é constituído por duas placas robustas (podiam ser três) e por quatro parafusos. A existência de três placas permite a criação de dois andares para ensaio. Os parafusos, quando apertados, comprimem os provetes de ensaio, compressão que é limitada pelos já referidos anéis ou barras espaçadoras, de espessura “A”.

Fig. 19 – Aparelho para determinação da deformação permanente, em compressão.
Cortesia da empresa Gibitre Instruments, Itália.

Os provetes de ensaio têm as dimensões de 39 mm de diâmetro e 12,5 mm de altura ou 13 mm de diâmetro e 6,3 mm de altura. Como a compressão é de 25%, as barras espaçadoras terão de ter, respectivamente, 9,375 mm e 4,725 mm de espessura.

O conjunto é então introduzido numa estufa normalizada, a qual deve encontrar-se à temperatura preferida de ensaio, durante o período de tempo previsto na norma (Tabela 4).

No termo do ensaio, os provetes são removidos do dispositivo e permanecem em arrefecimento e recuperação durante 30 minutos. Ao fim deste tempo, é medida a sua espessura e calculada a deformação permanente:

e_o = espessura inicial do provete, mm;
e_f = espessura final do provete, mm;
e_n = espessura das barras espaçadoras, mm.

Então:

Deformação permanente em compressão, % = (e_o – e_f) x 100 / (e_o – e_n)

A determinação da deformação permanente em compressão a força constante e a temperatura determinada, é efectuada em aparelhos também muito simples, com provetes de configuração cilíndrica, com as dimensões alternativas de 29 mm de diâmetro e 12,9 mm de altura ou 13 mm de diâmetro e 6,0 mm de altura.

Uma força de compressão constante, de 1,8 kN (400 lbf) é aplicada ao provete, durante o período de tempo e temperatura especificados.

A Figura 20 mostra um esquema desses aparelhos, o qual é constituído por quatro placas robustas (são placas circulares), ligadas por três parafusos. No espaço entre as placas intermédias é colocado o provete de ensaio; num destes pratos actua uma mola, que exerce a força atrás referida de 1,8 kN.

Fig. 20 – Aparelho para determinação da deformação permanente
em compressão, a tensão constante

O conjunto é então introduzido numa estufa normalizada, a qual deve encontrar-se à temperatura preferida de ensaio, durante o período de tempo previsto na norma (Tabela 4). A deformação permanente é calculada pela diminuição de espessura, em percentagem da espessura original do provete, depois deste ter recuperado, no termo do ensaio, durante 30 minutos, tal como vimos no ensaio anterior.

Ao fim deste tempo, é medida a sua espessura e calculada a deformação permanente:

e_o = espessura inicial do provete, mm;
e_f = espessura final do provete, mm;

Deformação permanente em compressão, % = (e_o – e_f) x 100 / e_o

A deformação residual em compressão é talvez das características técnicas exigidas com maior frequência. Embora o seu valor dependa do polímero base, depende também, em grande extensão, da constituição do composto e muito particularmente do sistema e do seu estado de vulcanização.

Os compostos de borracha que podem utilizar peróxidos como agente de vulcanização apresentam valores da deformação residual por compressão bem mais baixos, quando comparados com os valores obtidos com compostos que utilizem enxofre como agente de vulcanização (ver esta página).

Os valores da deformação residual por compressão podem ser classificados nas seguintes categorias:

De acordo com esta classificação, foi elaborada a Figura 20A, que mostra os valores da deformação residual por compressão que são obtidos correntemente com os diferentes tipos de compostos, produzidos com  os diferentes tipos de borracha.

Figura 20-A – Deformação permanente em compressão. Valores típicos

Normas aplicáveis: NP ISO 815 e NP ISO 2285; ISO 815-1; ISO 815-2 e ISO 2285; ASTM D395; ASTM D412 e ASTM D1229 (Veja-se Anexo A).

Esta página foi modificada em 2024-07-02