6.4.3. Inorgânicos O s aditivos retardantes de chama inorgânicos representam mais de 50% d o consumo. Existem três tipos principais: alumina trihdratada (THA); hdróxido de magnésio; trióxido de antimônio.
A alumina trihdratada é largamente empregada em materiais processados em temperaturas abaixo de 250" C (melhor não ultrapassar 200° C). Na faixa de temperatura entre 250-300' C o hdróxido de alumínio (terminologia correta para a THA) se decompõe endotermicamente: Esta decomposição absorve cerca de 1,17 J/I> Em,a maior parte da força aplicada será suportada pelas fibras, sendo necessário haver a ruptura das fibras para ocorrer a fratura do material.
188 - Aditivação de Polímeros Se as fibras estão alinhadas uniaxialmente em um certo ângulo com relação ao sentido da aplicação da força, as propriedades do material serão dependentes deste ângulo, variando de um valor máximo a um ângulo de O" até um valor mínimo a um ângulo de 90'. Vários modelos foram propostos para se ter uma previsão teórica. O mais simples é o modelo de IGenchel:
E=rl,.E,.d?,+ E m . @ r n (10.6) onde q, = cos40, sendo 0 o ângulo entre a força e as fibras. A partir das equações acima, observa-se que as propriedades intrínsecas das fibras têm um papel decisivo no comportamento mecânico dos materiais poliméricos e devem ser consideradas na escolha do elemento de reforço. A Tabela 10.5 exemplifica as propriedades de algumas fibras uulizadas industrialmente. Atente-se que para cada tipo de fibra existem váriosgrades comerciais, a depender do processo de fabricação e da composição química.
Carbono Ararnida (ICevlarB) Tabela 10.5. Propriedades mecânicas de algumas fibras uulizadas como reforço em poiímeros (IUemholz et al., 1993).
10.3.2. Reforço por fibras descontínuas Quando o compósito contém fibras desconúnuas, as propriedades do material são dependendes do comprimento das fibras e de sua adesão com a matriz. A resistência da interface assume grande importância. Normalmente a fratura do material ocorre devido a quebra da interface e não devido à quebra de um dos componentes. As tensões recebidas pela matriz são transferidas para as fibras a partir de suas extremidades conforme a Figura 10.11a. Como as extremidades suportam menos tensão do que no meio da fibra, a ligação com a matriz
nor o tamanho das fibras maior o número de extremidades para uma mesma concentração e cliâmetro, resultando em propriedades mecânicas inferiores.
Figura 10.11. Transferência de tensões em função do comprimento da fibra. Também de acordo com a Figura 10.11, as fibras podem suportar até uma tensão de tração máxima transferida (sua própria resistência à tração) e isto ocorre a partir de um certo comprimento da fibra: o comprimento crítico L=.Se o comprimento da fibra uuitzada for muito maior do que o comprimento crítica, a região de platô onde a tensão suportada pela fibra é máxima tornase parte significativa, elevando a resistência d o material (Figura 10.1lc). D o mesmo modo, se a fibra utilizada tiver comprimento muito menor d o que o crítico, a transferência de tensões para os elementos de reforço é limitada a valores baixos e o material apresenta resistência mecânica inferior. Nestes casos a fibra não quebra durante as solicitações. Para entender a importância da adesão neste sistema considere a Figura 10.12 em que uma fibra de cliâmetro d está embebida em uma matriz até o comprimento L. T
Ao se aplicar uma força de tração na fibra haverá uma oposição ao deslizamento na matriz dado pela resistência ao cisahamento da interface. Na aplicação de uma certa força de tração, para que não haja deslizamento da fibra é preciso que a força cisalhante seja numericamente igual à força tensil. Em termos de tensões tem-se:
Em x= Lc/2, tem-se O = of e T = zi onde T~é a resistência ao cisalhamento da interface ou da matriz, a que for menor. Consequentemente,
Com a expressão acima se verifica que o comprimento crítico é diretamente proporcional ao diâmetro da fibra e inversamente proporcional a resistência da interface. Ou seja, quanto menor o diâmetro e melhor a adesão com a matriz, menor o comprimento da fibra necessário para que reforce eficazmente o polímero. Abaixo do comprimento crítico a fibra não quebra e sim a interface pois a transferência de tensões é baixa. Acima do comprimento crítico pode ocorrer ruptura das fibras. Considerando-se a contribuição das extremidades pode-se determinar a tensão média na fibra com comprimento L < Lc como sendo metade da tensão máxima:
Com base nos valores acima pode-se determinar a resistência ou módulo de um compósito substituindo-se os valores de O, na equação 10.4 conforme o tamanho de fibra udizado.