Efeito do envelhecimento no desempenho mecânico de protetores bucais

Abstract

The main objectives of this work are to study the influence of hygrometric degradation on the mechanical performance of mouthguards made of Ethylene-Vinyl Acetate (EVA), and to study the viscoelastic response of this material. Within the scope of the first objective, test specimens were first submerged in different fluids and then subjected to impact tests. To achieve the second objective, tensile, compression and stress relaxation tests were carried out at different displacement rates. These tests were performed using EVA test specimens with 4 mm of thickness.All experimental procedures were conducted at the Department of Mechanical Engineering (DEM) of the Faculty of Science and Technology of the University of Coimbra (FCTUC).Tensile tests were carried out for displacement rates of 0,05; 0,5; 5; 50; 200 and 1000 mm/min, and compression for the first five speeds, except for 1000 mm/min. Stress relaxation tests were also performed with 3 different loading speeds, namely 1, 5 and 25 mm/min. The impact tests were carried out with an impact energy of 4,407 J on specimens not subjected to any type of degradation (control specimens), on specimens submerged in artificial saliva, on other specimens subjected to the action of the drink produced by the Red Bull ® company, in both conditions, during 12, 20 and 28 days. All tests were performed at room temperature (approximately 23 oC).The experimental results allowed us to conclude that the displacement rate affects the mechanical behavior of EVA when subjected to tension and compression. Analysis of the stress relaxation tests revealed that the material behaves similarly for the three test speeds when subjected to forces corresponding to stresses up to 1,5 MPa. Under compressive stresses, its behavior changes depending on the speed. In the stress relaxation test made with a speed of 25 mm/min, the specimen bent, so it will not be advantageous to carry out testes at this speed to study the mechanical behavior of EVA.In the impact tests, the elastic energy decreased with the increase of the time of exposure to the two fluids mentioned previously. Thus, it can be concluded that the exposure to these fluids decreases the performance of a mouthguard.

Os principais objetivos deste trabalho são o estudo da influência da degradação higrométrica no desempenho mecânico de protectores bucais, fabricados em Acetato-Vinilo de Etileno (EVA), e a resposta viscoelástica deste material. No âmbito do primeiro objetivo, os provetes de teste foram submersos em diferentes fluidos e, posteriormente, sujeitos a ensaios de impacto a baixa velocidade. Para alcançar o segundo objectivo, foram realizados ensaios de tração, compressão e relaxação de tensões, a diferentes taxas de deslocamento. Estes ensaios foram realizados recorrendo à utilização de provetes, em EVA, com 4 mm de espessura. Todos os procedimentos experimentais foram realizados no Departamento de Engenharia Mecânica (DEM), da Facultade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC).Foram realizados ensaios de tração para taxas de deslocamento (ou velocidades de avanço do travessão) de 0,05; 0,5; 5; 50; 200 e 1000 (mm/min), e de compressão para as primeiras cinco velocidades, exceto para 1000 mm/min. Efetuaram-se, ainda, testes de relaxação de tensões com 3 velocidades de carregamento diferentes, nomeadamente, 1, 5 e 25 mm/min. Os ensaios de impacto foram realizados com uma energia de impacto de 4,407 J, em provetes não sujeitos a qualquer tipo de degradação (provetes de controlo), em provetes submersos em saliva artificial, e noutros provetes sujeitos à ação da bebida fabricada pela empresa Red Bull®, em ambas as condições durante 12, 20 e 28 dias. Todos os ensaios foram realizados à temperatura ambiente (aproximadamente 23 oC). Os resultados experimentais permitiram concluir que a taxa de deslocamento afeta significativamente o comportamento mecânico do EVA quando sujeito à tração e à compressão.A análise dos testes de relaxação de tensões revela que o material se comporta de forma semelhante, para as três velocidades de ensaio, quando sujeito a forças correspondentes a tensões até 1,5 MPa. Quando o material está sujeito a tensões de compressão este altera o seu comportamento em função da velocidade de avanço do travessão. No ensaio de relaxação de tensões realizado a uma velocidade de 25 mm/min o provete utilizado encurvou, logo não será vantajoso efetuar ensaios a esta velocidade para estudar o comportamento mecânico do EVA. Nos ensaios de impacto verificou-se a diminuição da energia elástica com o tempo de exposição aos dois fluidos supracitados, concluindo-se, assim, que a exposição a estes fluidos faz diminuir o desempenho de um protetor bucal.