Mechanical characterization of polypropylene : indentation, tensile and fatigue analysis

Abstract

Este estudo tem como objetivo investigar as propriedades mecânicas do polipropileno (PP) em diversas condições de carga. O PP é escolhido devido à sua estabilidade e boa resistencia mecânica, embora o entendimento atual do seu comportamento mecânico ainda seja limitado. O estudo inclui testes mecânicos, incluindo carga monotônica e cíclica em tensão, bem como testes de indentação para análise de compressão, a fim de avaliar propriedades importantes, como módulo de elasticidade, limite de resistência à tração, resistência à fadiga, entre outras. Além disso, são investigados os efeitos da temperatura e da taxa de deslocamento. Testes de dureza foram conduzidos em uma faixa de cargas de 100 N a 400 N, utilizando um indentador esférico de 5 mm de diâmetro, e de 500 N a 2 kN, com um indentador esférico de 15mm de diâmetro, para avaliar as propriedades elásticas do material sob compressão. É observada uma tensão de escoamento de aproximadamente 40 MPa nos ensaios de compressão e um comportamento dependente da taxa de carregamento nos ensaios de tração. Esses resultados destacam a importância de considerar as taxas de carregamento ao avaliar o desempenho e o comportamento do material. Além disso, nos ensaios de tração, a tensão de escoamento, σy, e o limite de resistência a tração, σu e o módulo de elasticidade, E, observados são 21.03 ± 0.50 MPa e 33.7 ± 0.8 MPa, 2094.0 ± 0.5 MPa para 2 mm/min e 2060.0 ± 0.5 MPa para 6 mm/min respectivamente, por meio de ensaios monotônicos em diferentes taxas de deformação (2 mm/min e 6 mm/min), revelando a dependência em relação a taxa de deslocamento para o módulo de elasticidade e para o limite de resistência a tração. Ao realizar testes de fadiga em diferentes temperaturas (24 ± 2 °C e 30 ± 2 °C a 1 Hz), foi observado, um aumento da vida em fadiga com a diminuição da temperatura. Sendo também observado proximidade em números de ciclos até a fratura entre os valores extremos de carregamento utilizados, em diferentes temperaturas, mostrando que a vida em fadiga se assemelhou para as cargas de 13,68 MPa a 30 ± 2°C e 16,29 MPa a 24 ± 2 °C, sendo de 300,309 e 468,183 ciclos, respectivamente.