Comparaison des matériaux de cathode

para estes já existem normas bastante determinadas para o desenvolvimento deste ensaio. No caso de polímeros, os equipamentos utilizados podem diferir em mecanismo, principalmente quando se tem componentes de tamanhos reduzidos e geometrias específicas como é o caso deste trabalho.

A Figura 96 apresenta uma curva representativa referente aos ensaios de fadiga das amostras tubulares. O número de ciclos utilizado como referência para a planilha do projeto fatorial foi extraído da porção inferior da curva onde se dava o início da fase retilínea da mesma. Esta consiste no número de ciclos na qual se verificou um decréscimo pronunciado da tensão até sua estabilização. Para efeito de normalização utilizou-se como referência uma queda de tensão de 15% para proceder à retirada dos valores. Este conceito de ensaio de fadiga obedece à definição de vida em serviço, o qual se refere ao número de ciclos para que ocorra redução significativa do desempenho ou rigidez (SURESH, 1998). Normalmente os ensaios utilizam cargas percentuais considerando a resistência máxima do material. Especificamente neste caso, buscou-se relacionar esta carga com uma deformação compatível ao equipamento e amostra para garantir a realização do ensaio.

Figura 96 - Curva representativa dos ensaios de fadiga indicando a posição

onde o número de ciclos foi extraído para inserção na planilha do projeto fatorial (AUTORIA PRÓPRIA).

A Tabela 8 apresenta os valores médios obtidos com os ensaios de fadiga em corpos de prova tubulares de PCL e PCL/SAg. Foram expostos apenas os valores extremos e um ponto intermediário para facilitar a compreensão e comparação dos resultados.

Tabela 8 - Lista de valores (média) da resistência à fadiga para corpos de prova

em PCL e PCL/SAg. Resistência à fadiga (Ciclos) * Desvio Padrão (±) PCL 17/120 750 129 PCL 23/120 770 179 PCL 20/130 595 40 PCL 17/140 668 87 PCL 23/140 396 46 PCL/SAg 17/120 565 45 PCL/SAg 23/120 600 48 PCL/SAg 20/130 712 56 PCL/SAg 17/140 403 73 PCL/SAg 23/140 462 67

*Obs: Os valores expressos na tabela constituem a média dos valores utilizados para confecção na análise estatística e gráficos de superfície de resposta.

De modo geral, o tipo de falha por fadiga que ocorre em maior número para polímeros é o fissuramento da matriz polimérica ao longo ensaio (MENEGHETTI et al, 2010). Este mecanismo foi percebido com maior intensidade nas extremidades das amostras tubulares fixadas nas garras. Foram verificadas regiões esbranquiçadas evidenciando uma mobilidade molecular inicial seguida de alinhamento, o que provavelmente, fez com ocorresse certo equilíbrio da tensão resistente na parte final do ensaio (como percebido pelo formato da curva). Dois regimes de falha podem ser observados em materiais termoplásticos. Um deles é denominado como de baixo ciclo ou térmico, onde o material falha após um número relativamente baixo de ciclos, ocasionado principalmente pela geração de calor durante o carregamento e recuperação da amostra. O segundo regime ocorre em elevada tensão ou número de ciclos e a falha é causada basicamente pela fragilização do material (PANADERO et al, 2013).

Após a realização dos ensaios e suas réplicas, utilizou-se o valor médio do número de ciclos necessário para que ocorresse uma queda acentuada da resistência inicial do componente e a mesma se mantivesse durante cerca de 7000 ciclos (como descrito na seção de materiais e métodos). Esse resultado foi transferido para planilha do projeto estatístico a qual deu origem a Tabela 9. Esta apresenta a análise de variância demonstrando que os fatores significativamente influentes nos resultados foram temperatura do polímero e percentual de fármaco, uma vez que seus valores de P foram inferiores a 0,05 e razão-F superior a quatro. A velocidade da rosca não se mostrou significativa para alteração nos resultados de fadiga, devido provavelmente à estreita faixa na qual a mesma ficou limitada em razão do método estabelecido para a fabricação.

Tabela 9 - Análise de variância para o comportamento sob fadiga.

Fator Soma dos quadrados GL

Quadrados

médios Razão - F Valor – P A:Temperatura do polímero 56994,1 1 56994,1 6,53 0,0310 B:Velocidade da rosca 7154,1 1 7154,1 0,82 0,3890 C: % de Fármaco 57009,4 1 57009,4 6,53 0,0310 AA 2162,3 1 2162,3 0,25 0,6307 AB 8978,0 1 8978,0 1,03 0,3371 AC 2002,08 1 2002,1 0,23 0,6435 BB 17030,3 1 17030,3 1,95 0,1961 BC 6580,08 1 6580,1 0,75 0,4080 Erro total 78610,3 9 8734,5 Erro corrigido 236521, 17

O modelo matemático obtido por regressão considerando os fatores de maior significância para predição dos valores de resistência à fadiga está apresentado na equação 6. Onde RF refere-se à resistência à fadiga e as demais letras referem-se aos fatores presentes na tabela de análise de variância. Fatores de pouca significância foram suprimidos.

RF (Ciclos) = 172,1 - 46,3A + 419,2B - 50,7C - 1,1AB - 7,2B2 + 1,0BC (6)

De acordo com a solução da equação obtida com o auxílio de software específico, o melhor desempenho em relação à maximização da resistência à fadiga foi obtido com a combinação de parâmetros 20rpm/120 ºC e 0% de fármaco.

Na sequência serão apresentadas as superfícies de resposta individualizadas (0 e 15% de fármaco) visando melhor correlação das variáveis de processo.

A Figura 97 apresenta a superfície de resposta para o comportamento em fadiga considerando o material sem adição de fármaco. Como efeito mais marcante verificou-se que o aumento da velocidade da rosca reduziu de forma gradual o número de ciclos suportados até o limite considerado como a fadiga do material. Fato interessante foi a manutenção de grande parte da superfície em um patamar elevado, com queda repentina apenas para velocidades e temperaturas altas. Já a Figura 98 (PCL/SAg) demonstrou um efeito parabólico em relação à variação de temperatura e velocidade da rosca. Assim, valores intermediários (130 ºC e 20rpm) apresentaram um maior número de ciclos até a queda pronunciada de resistência. Houve uma pequena redução no patamar do gráfico como um todo, com comportamento de queda semelhante ao citado para o gráfico anterior.

Figura 97 - Superfície de resposta referente ao comportamento sob fadiga das

Figura 98 - Superfície de resposta referente ao comportamento sob fadiga das

amostras tubulares de PCL/SAg (AUTORIA PRÓPRIA).

A Figura 99 apresenta a variação linear de cada fator experimental, evidenciando que as variáveis julgadas como mais significativas apresentaram comportamentos lineares. Como já verificado anteriormente, a velocidade demonstrou comportamento em forma de parábola.

Figura 99 - Variação linear dos fatores para o ensaio de fadiga (AUTORIA

PRÓPRIA).

Para efeito comparativo entre as amostras tubulares e outros materiais submetidos ao ensaio de fadiga, PANADERO (2013) cita que suas amostras resistiram a aproximadamente 100 ciclos antes da falha a uma deformação de 15%. Estes resultados conferem boa qualidade aos componentes tubulares fabricados, uma vez que facilmente obteve-se

300 ciclos ou mais antes da queda acentuada de resistência. Resultado que permite considerar uma pequena quantidade de defeitos oriundos da inserção de partículas ao material matriz. CHARLES et al (2010) realizando um estudo com amostras de poliamida carregada com nanopartículas de argila, verificou como principais mecanismos de falha ocorridos neste material: falha de superfície, trinca de superfície, fratura frágil e deformação plástica termicamente induzida. A Figura 100 destaca um destes modos de falha.

Figura 100 - Modo de falha com trincas de superfície (CHARLES, 2010).

Para os tubos analisados, tanto em PCL quanto PCL/SAg, houve o predomínio de comportamento flexível das amostras. Isto reduz a probabilidade de falhas devido à ocorrência de fissuras geradas na área útil da amostra e sim uma tendência de falha térmica ou de baixo ciclo. Verificaram-se regiões esbranquiçadas devido provavelmente ao alinhamento molecular. A Figura 101 e Figura 102 apresentam o corpo de prova com o aparecimento de regiões esbranquiçadas e a formação de ranhuras direcionais, respectivamente.

Figura 101 - Corpo de prova após ensaio de fadiga. Em destaque podem ser

vistas as regiões esbranquiçadas (AUTORIA PRÓPRIA).

Figura 102 - Imagem de microscopia ótica indicando locais de surgimento de

ranhuras após ensaio de fadiga (AUTORIA PRÓPRIA).

4.1.6 Otimização global de parâmetros considerando o material