Métodos para caracterização da propagação lenta da trinca
Tubos feitos em polietileno, como por ex. PE80, PE100 ou o melhorado PE100RC, apresentam sensibilidade diferente à propagação lenta da trinca. Para a descrição deste comportamento é utilizada a terminologia de “Environmental Stress Cracking“, ESC ou “Slow Crack Growth“, SCG. A referida falha ocorre já bem abaixo da tensão de escoamento do material e, portanto, é de suma importância para a avaliação de longo prazo das características mecânicas.
Na frente de trinca aparecem assim chamadas fibrilhas as quais falham quando expostas à carga em dependência do tempo. Para caracterizar este mecanismo, uma série de ensaios foi desenvolvida. Ela abrange entre outros:
- Ensaios de fluência com pressão interna constante, ISO 1167, ISO 9080
- Slow crack growth on notched pipes, ISO 13479
- Full Notch Creep Test (FNCT), ISO 16770
- Polyethylene Notch Tensile (PENT) Test, ASTM F 1473, ISO 16241
- Bent strip ESCR test, ASTM D 1693
- Cone test method, ISO 13480
Para a aceleração definida, o ensaio é executado com um entalhe inicial afiado a temperatura elevada e em um líquido de atuação aceleradora, normalmente Igepal® CO-630.
Pesquisas recentes trouxeram outros métodos de ensaio os quais permitem uma boa avaliação da característica SCG já após muito pouco tempo de ensaio. Os referidos métodos de ensaio significam para os usuários uma redução significativa do trabalho de ensaio e resultados de medição rapidamente disponíveis.
Para tal, as seguintes normas foram publicadas em 2015:
- ISO 18488 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of Strain Hardening Modulus in relation to slow crack growth
- ISO 18489 Polyethylene (PE) materials for piping systems -- Determination of resistance to slow crack growth under cyclic loading -- Cracked Round Bar test method
Determinação do módulo Strain Hardening conforme ISO 18488
Como forma de amostra para este método de ensaio é utilizada uma pequena barra de ombro com ombro relativamento largo a qual é medida sendo exposta à carga de tração. A medição do módulo Strain Hardening é feita para PE a uma temperatura de 80°C e a razão de deformação λ entre 8 e 12. Isso corresponde ao intervalo de expansão de 400 % entre os pontos de expansão 700% e 1.100 %. Nessa faixa, o polímero já está totalmente estirado de modo que a medição do comportamento de deformação das fibrilhas se torna possível. No diagrama da verdadeira tensão sobre a deformação Neo-Hooke (λ² - 1/λ) resulta um percurso quase linear para PE. Este percurso é descrito com a equação de reta na forma σ true = Gp (λ² - 1/λ) +C. Gp é aqui o coeficiente angular da reta.
Produtos adequados para ISO 18488
Para a medição do módulo Strain hardening conforme ISO 18488 é necessária uma máquina de ensaio eletromecânica, por ex. do seguinte modelo:
- Máquina de ensaio Z005 AllroundLine ou maior
- Câmara de regulagem da temperatura que permite um movimento de tração das garras de no mínimo 360 mm
- Sistema de medição mecânico ou ótico da variação da extensão, por ex. ZwickRoell videoXtens
- Garras de fixação paralela, por ex. norma de ensaio padrão para garra pneumática de fixação paralela testXpert conforme ISO 18488 com indicação de “tensão verdadeira“ sobre deformação Neo-Hooke, assim como “tensão verdadeira“ sobre a razão de deformação λ e o cálculo de GP, e controle do coeficiente de regressão r
Determinação da resistência à propagação lenta da trinca quando exposto à carga cíclica, conforme ISO 18489
Nesse método, uma amostra cilíndrica é utilizada na qual foi feito um entalhe inicial circunferencial. Esta amostra é exposta a uma carga cíclica com amplitude de força constante. A amplitude de força é selecionada de modo que a propagação lenta da trinca é possível.
O resultado de medição é o número de ciclos até a falha da amostra o qual é registrado como função da tensão aplicada Δσ0 com o comprimento inicial da trinca.
Com o novo método de ensaio conforme ISO 18489 , a duração do ensaio é reduzida a um mínimo. Isso é principalmente atribuído à intensidade da carga cíclica em dependência da geometria da amostra. Outra vantagem de referido método de ensaio é que ele pode ser executado à temperatura ambiente de modo que a estrutura polimérica da amostra é preservada.
Produtos adequados ISO 18489
Para o ensaio conforme ISO 18489 , a ZwickRoell desenvolveu a máquina de ensaio LTM com tecnologia de acionamento linear patenteada e garras pneumáticas com regulagem de força.
- Os ciclos de carga são aplicados com precisão e uniformemente. Além da regulagem de força, outros modos de regulagem são possíveis, por ex. regulagem do valor de pico, regulagem do curso do pistão, ou diretamente
- Regulagem de deformação por intermédio de um extensômetro conectado.
- Os suporte de amostras com regulagem de força excluem de forma confiável a sobrecarga da amostra durante o processo de travamento.
- O acionamento livre de desgaste e o baixo consumo de energia são responsáveis pelo baixo nível dos custos operacionais correntes.
- O software de ensaio testXpert III controla toda a sequência de ensaio e disponibiliza os resultados de forma clara e exportável.
Dessa forma, a LTM da ZwickRoell é ideal para o ensaio eficiente da resistência à propagação lenta da trinca conforme ISO 18489.
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