A falha prematura de um material polimérico é um fenômeno indesejado e que precisa ser evitado. E, dentre as muitas falhas, a fissuração por solicitação mecânica (Stress Cracking) merece total atenção.

Em polímeros, cerca de 25% dos casos de falha prematura estão associadas à aplicação de tensão em conjunto com um meio agressivo àquele polímero. A esse fenômeno damos o nome de environmental stress cracking (ESC), termo que não tem uma tradução muito adequada no português.

Diante deste fenômeno, convidamos você a conferir o que é e como surge o stress cracking, além de quais são as medidas para evitar esse tipo de falha em materiais poliméricos.

Stress Cracking: o que é?

Evitar que falhas aconteçam de forma prematura em determinadas aplicações é essencial no planejamento de qualquer peça polimérica. Somente assim, falhas catastróficas são evitadas durante a vida útil desses materiais.

O fenômeno de Stress Cracking é uma destas falhas. Ele é representado pela formação e propagação prematura de trincas em produtos poliméricos, geralmente em situações de uso, quando em contato com determinados tipos de fluidos.  

“Isso ocorre devido a ações conjuntas de tais fluidos (líquidos e/ou vapores) e de tensões mecânicas às quais o material está submetido”, complementa Caroline da Silva Ferreira, pesquisadora da CCDM/UFSCar.

Já especialistas da Polyexcel explicam que esta falha é causada pela solicitação mecânica de tração com valores inferiores aos necessários para provocar ruptura do material em um intervalo de tempo curto. 

“Esta falha pode ser acelerada pela presença de um agente químico ou ambiental”, complementam.

Além disso, muitas aplicações de produtos plásticos envolvem o contato com fluidos e agentes químicos que podem vir a causar seu Stress Cracking, como solventes orgânicos, óleos (sintéticos e naturais), detergentes, agentes desmoldantes, plastificantes, adesivos, lubrificantes, tintas e até alimentos e bebidas, como refrigerantes, sucos, manteiga e outros.

Uma das maiores falhas em materiais poliméricos

Em muitas aplicações, os polímeros costumam ser simultaneamente expostos a diversas solicitações como: 

 – Tensão mecânica (externa, devido a aplicação de tensão em serviço, e/ou interna, por tensão residual de processo); 

 – Ação química (agentes de limpeza, lubrificantes, óleos, tintas etc.); e/ou 

 – Agentes ambientais (umidade, temperatura, radiação solar e poluição).

A Polyexcel explica que esses fatores, quando atuam em sinergia, levam esse polímero a apresentar falhas causadas pelo stress cracking. “Em razão dessa sinergia, este tipo de degradação é responsável por 20 a 30% das falhas em peças poliméricas”.

Carolina Ferreira tem uma opinião muito semelhante. “Nas situações de tensão mecânica, ação química e agentes ambientes, o polímero apresenta propriedades mecânicas inferiores do que quando apenas em contato com o ar”, garante.

Características relacionadas ao tipo de falha polimérica

Vários são os mecanismos propostos para explicar a ocorrência do fenômeno do Stress Cracking. Ele está associado à interação intermolecular, ao tamanho de cadeia e a estrutura química e morfológica desses materiais. 

Mas, de uma forma mais técnica, Caroline Ferreira explica que a falha por Stress Cracking ocorre a partir da difusão e penetração dos fluidos em defeitos microscópicos presentes na peça polimérica, atuando em conjunto e na presença de tensões mecânicas. 

“Com esse conjunto, se acelera a formação de pequenos vazios que se unem e coalescem, formando uma trinca que tem sua propagação acelerada sob essas condições.” 

Isso ocorre devido a uma ação local desses fluidos sobre a região de vazios ou trincas, com os fluidos agindo como plastificantes nessas regiões, diminuindo localmente a resistência mecânica do polímero. 

“Para que o fenômeno ocorra, os fluidos devem apresentar uma interação intermediária com o polímero, não tão extrema como a solubilização, porém nem tão fraca quanto a inércia”, complementa a pesquisadora da Ufscar.

Medidas para evitar a ocorrência do Stress Cracking

Como já apresentado, essa falha pode ser observada pela presença de microfissuras e fissuras nas peças antes da fratura final da peça. 

Mas, segundo a Polyexcel, visualizar isso normalmente é bastante difícil. “As fissuras podem ser imperceptíveis até que ocorra fratura da peça, o que pode atrapalhar a avaliação levando a acreditar que a fratura ocorreu por excesso de força aplicada”, indicam os representantes da empresa.

Por essa razão, a melhor forma para não ter problemas relacionados ao stress cracking é evitando-o.

“Para evitar este fenômeno é importante escolher polímeros que sejam resistentes à fissuração, reduzir as tensões residuais de processo, evitar ou reduzir a ação de agentes químicos ou ambientais, se possível reduzir os esforços mecânicos nas peças poliméricas”, complementa a Polyexcel.

Também é aconselhável conhecer quais fluidos estarão presentes no meio que o polímero estará inserido, a interação entre eles, e as características do polímero que podem ser aprimoradas.

Além disso, algumas estratégias na escolha do material polimérico podem ser adotadas pelos engenheiros e projetistas, a fim de prolongar a vida útil dos materiais nos mais diversos ambientes.

Neste caso, Caroline Ferreira explica que domínios cristalinos agem como barreira à penetração dos fluidos do ambiente. “Assim polímeros semi-cristalinos, como Polipropileno (PP), Polietilenos (PE), Polietileno Tereftalato (PET) e Poliamidas (PA), tendem a apresentar melhores comportamentos ao Stress Cracking e podem ser uma boa escolha”, diz a pesquisadora.

Demais recomendações para evitar o Stress Cracking

Além das recomendações já apresentadas, há outras dicas que merecem destaque. 

Optar por grades poliméricas com maiores massas molares é mais uma boa opção na concepção de Caroline Ferreira. “Estas grades apresentam maiores resistências mecânicas e, por consequência, maior resistência à propagação de trincas iniciadas por Stress Cracking”. 

Já em polímeros amorfos, a resistência à ocorrência do Stress Cracking pode ser melhorada a partir da tenacificação desses materiais com a inclusão de partículas de borracha em sua matriz. 

“Este é o caso do Poliestireno de Alto Impacto (HIPS) que apresenta melhores comportamentos ao Stress Cracking quando comparado ao PS, devido à presença de partículas de borracha Polibutadieno (PB) enxertadas em uma matriz rígida de OS”, indica Caroline.

Por fim, é possível evitar o fenômeno de Stress Cracking controlando parâmetros de processo, como em processos de injeção. Com isso são minimizadas tensões internas residuais que possam ser fontes iniciais de defeitos nas peças.

Agora que você conheceu o Stress Cracking, entenda melhor a análise de falhas em peças plásticas.