Viscoelasticidad de los Polímeros

Naturaleza Viscoelástica de los Polímeros

• Los polímeros son materiales viscoelásticos. Esto significa que exhiben propiedades tanto de un sólido elástico como de un fluido viscoso.
• La respuesta de un polímero a una solicitación mecánica depende de la velocidad a la que se aplica la carga.
• El tiempo de relajación (tR) es el tiempo que tarda un polímero en recuperar su forma original después de una deformación.
• La densidad de enredos (νe) juega un papel crucial en el comportamiento viscoelástico. Cuanto mayor es la densidad de enredos, mayor es la resistencia del polímero a la deformación.

Viscoelasticidad Lineal y No Lineal

• La deformación viscoelástica lineal se caracteriza por procesos de reordenamiento molecular inducidos mecánicamente, donde los enredos no se "rompen". La deformación es reversible y depende de la temperatura y el tiempo.
• La deformación viscoelástica no lineal implica la liberación de enredos. Las propiedades mecánicas ya no dependen solo de la temperatura y el tiempo, sino también del nivel de solicitación mecánica.
• La deformación plástica ocurre después del "punto de cedencia" y está generalmente asociada al "flujo en frío" y al endurecimiento por deformación.

Comportamiento Elástico en Polímeros

• El comportamiento elástico es reversible.
• La teoría cinética estadística de la elasticidad del caucho explica el comportamiento elástico de los polímeros.
• El módulo de cizalla a "cero extensión" (Go) depende de la densidad, la temperatura, la masa molecular entre entrecruzamientos y la constante de los gases.

Rango Elástico

• El módulo elástico (E) de un polímero depende de la temperatura y el tiempo.
• En el rango de viscoelasticidad lineal, existe una correspondencia directa entre la temperatura y los tiempos característicos.
• La orientación molecular puede afectar el módulo elástico, especialmente en termoplásticos amorfos y semicristalinos.

Generación de Orientación Molecular

• La orientación molecular ocurre cuando un material polimérico es sometido a un campo de tensiones.
• La orientación es más efectiva en termoplásticos amorfos a una temperatura ligeramente por encima de su temperatura de transición vítrea (Tg).
• En termoplásticos semicristalinos, la orientación requiere mayor temperatura, justo por debajo de su punto de fusión (Tm).

Comportamiento Global a Tracción

• El comportamiento global a tracción de un polímero puede ser afectado por la orientación molecular, la densidad de enredos y la formación de crazes.
• El endurecimiento geométrico se produce cuando la sección transversal del material se reduce durante la deformación.
• Los crazes son microvacíos que se forman en la superficie del material durante la deformación.

Crazes

• Los crazes son una característica común en los polímeros que experimentan deformación plástica.
• La formación de crazes está favorecida por altas velocidades de solicitación, bajas temperaturas y un estado triaxial de tensiones.
• Los crazes pueden ser termorecuperables en etapas iniciales.
• Los crazes contribuyen a la generación de una alta tensión hidrostática alrededor de la zona de deformación.

Criterio de Iniciación de Crazes

• La tensión hidrostática crítica es un parámetro que determina el inicio de la formación de crazes.
• El inicio de crazes se detecta a niveles de tensión similares a la tensión de cedencia (σy) determinada en ensayos de tracción.

Crecimiento de Crazes

• Los crazes se propagan mediante un proceso de inestabilidad del menisco de Taylor.
• La transición de craze a fisura ocurre cuando se alcanza el límite de extensibilidad de las fibrillas en el craze.

Efectos de Parámetros Estructurales en Crazes

• La masa molecular puede afectar el tamaño y la apariencia de los crazes.
• La orientación molecular aumenta la resistencia al crazing.
• La cristalinidad puede afectar la resistencia al crazing y el endurecimiento por deformación.