Ciencias Dos Materiais

Resultados e Discussão

Ensaios mecânicos

Os resultados dos ensaios mecânicos tiveram pequena variação em relação ao sentido de retirada dos corpos de prova, longitudinal e transversal, mostrando que o processo de produção empregado na fabricação das placas permite a obtenção de um material praticamente ortotrópico. Os valores médios das propriedades determinadas nos ensaios mecânicos, para cada condição das placas e calculados independentemente do sentido de extração dos corpos de prova, estão apresentados na Tabela 2. Os resultados mostram que a exposição à radiação gama influencia o comportamento mecânico do compósito de UHMWPE.

A resistência ao impacto do compósito variou com a dose de radiação gama; os corpos de prova do material "Como recebido" e "Irradiado com 25kGy" não romperam no ensaio de impacto, enquanto que ocorreu a fratura nos "Irradiado com 250kGy". Verifica-se que as placas compósitas irradiadas com 25kGy tem maior tenacidade, medida pela energia específica de deformação, que as "Como recebido". A energia específica, na condição "Irradiado com 250kGy", foi calculada considerando-se a energia de ruptura dos corpos de prova, não podendo ser comparada com a das demais condições, onde a energia específica foi determinada em função da energia de deformação dos corpos de prova. Todavia pode-se afirmar, conforme mostrado pelo rompimento dos corpos de prova Charpy, que o material "Irradiado com 250kGy" é menos tenaz, ou seja mais frágil, que o "Como recebido" e o "Irradiado com 25kGy".

O comportamento sob impacto, a resistência à flexão e o módulo de elasticidade variam, para as mesmas condições, com a dureza; quanto menor a dureza, maior a energia absorvida no impacto, maior a tenacidade e menores a resistência mecânica e o módulo de elasticidade. Verifica-se que as propriedades mecânicas mostraram tendências similares e coerentes, indicando que o comportamento mecânico do compósito de UHMWPE é influenciado de uma maneira uniforme pelas alterações moleculares induzidas no polímero pela exposição à radiação gama.

Ensaios físico-químicos

Os parâmetros determinados nos ensaios físico-químicos (FTIR, DSC e TGA), índice de oxidação (IO), temperatura de fusão (Tm), grau de cristalinidade (Xc) e temperatura de início da variação de massa (onset) (Ti), estão mostrados na Tabela 3.

A Figura 2 mostra os espectros no infravermelho do UHMWPE, antes e após a irradiação. A comparação dos espectros permite verificar que, para vibrações características do polietileno, grupo metilênico (CH2, 1463cm-1) e deformação angular no plano (720cm-1), a transmitância varia em função da exposição à radiação gama. Esta variação pode ser relacionada à cisão das cadeias macromoleculares, que é iniciada com o rompimento das ligações C-H. O espectro de infravermelho mostra, ainda, a existência de uma banda de absorção em 1712cm-1, resultante da formação de grupos carbonila oriundos da degradação oxidativa das cadeias[24,25]. O índice de oxidação, uma relação entre as absorções das bandas de 1712cm-1 e 1463cm-1[26,27] e que está apresentado na Tabela 3, mostra que a degradação oxidativa no compósito varia com a dose de radiação gama; na irradiação com 25kGy ocorre, predominantemente, na face frontal, enquanto que, para a dose de 250kGy, acontece ao longo de toda a espessura da placa. Estes resultados são coerentes considerando que a degradação oxidativa causada pela irradiação gama é controlada por um processo de difusão, donde a profundidade de penetração aumenta com a dose de radiação[28,29].

Os parâmetros térmicos, temperatura de fusão (Tm) e grau de cristalinidade (Xc), determinados por calorimetria diferencial de varredura (DSC), e a temperatura de início da variação de massa (onset) (Ti), determinada por análise termogravimétrica (TGA), estão mostrados, também, na Tabela 3. A redução da temperatura de fusão com a irradiação pode ser atribuída à cisão e à oxidação das cadeias macromoleculares, o que modifica a posição e o formato das curvas endotérmicas. A cristalinidade cresce após exposição à radiação; a cisão de cadeias macromoleculares produz cadeias mais curtas e de menor peso molecular, que, face terem uma maior capacidade de empacotamento, se recristalizam com maior facilidade aumentando a cristalinidade do UHMWPE[30-32]. Um aumento na cristalinidade induz, usualmente, uma redução na tenacidade do polímero, tornando-o mais frágil. Todavia, as placas irradiadas com 25kGy, apesar de exibirem um aumento na cristalinidade, possuem um comportamento mais tenaz do que o material "Como recebido", conforme mostrado pelos resultados do ensaio de impacto Charpy. Este comportamento indica que os mecanismos de cisão e reticulação das cadeias macromolecures, que ocorrem com a exposição do UHMWPE à radiação gama em baixas doses de radiação, tem maior influencia na tenacidade do que o aumento da cristalinidade. A trinca principal, ao encontrar as interfaces das regiões cristalinas surgidas com a redução no tamanho das cadeias, é dividida em trincas secundárias que se propagam em várias direções. A divisão da trinca principal em segmentos menores causa um retardo na velocidade de propagação da mesma, aumentando a energia específica do compósito[33,34]. A redução da tenacidade com o aumento da dose de radiação, de 25kGy para 250kGy, mostra, conforme indicado pelo aumento do índice de oxidação, que os mecanismos de degradação oxidativa tem, nas doses maiores, maior influência sobre a tenacidade do que a cisão e a reticulação.

Observa-se, ainda, que a irradiação produz um aumento na temperatura de início da variação de massa, indicando um aumento na estabilidade térmica do UHMWPE. À medida que acontece a cisão das cadeias com a irradiação, que tornam-se mais curtas e mais semelhantes, ocorre a formação de um material mais ordenado com interações mais rígidas e, em conseqüência, mais estável, o que melhora o comportamento dinâmico do polímero[32,35,36], confirmando o observado no ensaio de impacto e a discussão dos resultados do DSC.

Ensaio balístico

A avaliação do desempenho de uma blindagem depende da interação do projétil com o alvo, e compreende, basicamente, a verificação da ocorrência ou não da sua falha e a determinação dos danos produzidos pelo impacto balístico.

A falha de uma blindagem é analisada, normalmente, em função da ocorrência ou não de penetração. A