Reología de Polímeros - Notas de Clase - PDF

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA ESPECIALIDAD EN DESARROLLO Y PRODUCCIÓN DE POLÍMEROS REOLOGÍA DE POLÍMEROS DR. RODOLFO FLORES FLORES ® Dr. Rodolfo Flores Flores.12024  UNIDAD II. REOLOGÍA Y PRUEBAS FÍSICAS. 2.1. Propiedades dinámicas-mecánicas. 2.3. Com...

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA ESPECIALIDAD EN DESARROLLO Y PRODUCCIÓN DE POLÍMEROS REOLOGÍA DE POLÍMEROS DR. RODOLFO FLORES FLORES ® Dr. Rodolfo Flores Flores.12024  UNIDAD II. REOLOGÍA Y PRUEBAS FÍSICAS. 2.1. Propiedades dinámicas-mecánicas. 2.3. Comportamiento mecánico dinámico en transiciones de temperatura. 2.3.1. A temperaturas por debajo de su 𝑇𝑔 2.2. Pruebas físicas. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. 2.2.2. Pruebas físicas específicas. 2.3.2. Efecto de la temperatura en esfuerzos tensiles 2.3.3. Agrietamiento en polímeros vidriosos (glassy polymers) ® Dr. Rodolfo Flores Flores.22024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.3.3. Agrietamiento en polímeros vítreos (glassy polymers) Stress craking o agritamiento por tensión Environment stress craking (agrietamiento por tensión debido al medio ambiente). El agrietamiento por tensión (stress craking) de los materiales poliméricos es un problema insidioso, que normalmente ocurre después de la puesta en servicio de un artículo. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.32024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Las condiciones de estrés físico bajo las cuales ocurre son aquellas que normalmente no resultarían en un falla inmediata. El agrietamiento por tensión ambiental (ESC) es una de las causas más comunes de fallas inesperadas de los polímeros termoplásticos (especialmente amorfos). El agrietamiento por tensión ambiental puede representar aproximadamente 15 a 30 % de todas las fallas de componentes plásticos en servicio. Por lo tanto, es muy útil conocer la facilidad de una resina a sufrir agrietamiento por tensión. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.42024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Aunque el fenómeno de la falla bajo tensión ambiental se conoce desde hace décadas, la investigación no es capaz de predecir tal falla en todos los entornos y en todos los tipos de polímeros. Algunos escenarios son bien conocidos, documentados o predecibles, pero no hay una referencia completa a todas las combinaciones de tensión, polímeros y medios. Bajo condiciones de operación, la tendencia de un artículo a agrietarse por tensión es función de una amplia gama de factores, entre los que podemos mencionar: ® Dr. Rodolfo Flores Flores.52024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Estructura molecular. Peso molecular. Cristalinidad. Rugosidad de la superficie. Tensión residual del polímero. Naturaleza química y la concentración del reactivo agrietante. Condiciones ambientales (Temperatura del sistema). Condiciones de procesamiento resina. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.62024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Existen pruebas para la determinación acelerada de la tendencia intrínseca de una resina a experimentar agrietamiento por tensión térmica o ambiental. También existen pruebas de artículos fabricados que emulan el desempeño bajo condiciones críticas. Estas pruebas, aunque no predicen estrictamente el rendimiento del uso final de un material, proporcionan información valiosa y útil en la selección de resinas apropiadas para aplicaciones específicas. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.72024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Resistencia al agrietamiento ambiental por tensión (Environment stress craking resistance) (ESCR). La determinación de la resistencia de una resina al agrietamiento por tensión ambiental es llevada a cabo en condiciones que aceleran la falla, ya sea en piezas moldeadas por compresión o probetas de artículos fabricados. Ambos tipos de pruebas implican la exposición de las piezas a un poderoso agente de agrietamiento en condiciones de alta tensión a temperaturas elevadas. Estas pruebas son útiles para determinar la resistencia general de una muestra al agrietamiento por tensión ambiental, pero no necesariamente predicen el comportamiento real en condiciones de servicio. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.82024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Resistencia al agrietamiento ambiental bajo tensión (Environment stress craking resistance) (ESCR). Procedimientos para evaluar la tendencia de una resina a sufrir agrietamiento ambiental bajo tensión se pueden encontrar en las normas ASTM. Método D 1693. Probetas flexionadas. Método de prueba estándar para el agrietamiento por tensión ambiental de plásticos de etileno. Probetas. Placas de PE obtenidas por moldeo por compression. Dimensiones probetas (bandas): 38.1 mm X 12.7 mm X 2mm. Probetas ranuradas (muesca):19.5 mm. Probetas flexionadas en forma de U (10 muestras). ® Dr. Rodolfo Flores Flores.92024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Baño de agente de agrietamiento. Las probetas son inmersas en un potente agente de agrietamiento a temperatura elevada. Temparatura del baño: Solución concentrada: 100 °C Solución diluída: 50 °C Agentes de agrietamiento. Jabones. Solventes orgánicos (que no hinchen al polímero). Nonilfenoxi poli(etileneoxi) etanol: IGEPAL CO-630 Criterio evaluación. Se determina el tiempo que tarda en fallar el 50% de las probetas evaluadas. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.102024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Método D 1693. Probetas flexionadas. Ejemplo aplicación. Material. Polietileno de alta densidad (PEAD). Polietileno de baja densidad (PEBD). Polietileno de lineal de baja densidad (PELBD). Preparación de las placas. Se utilizó un molde para placas de 2 mm Las placas de las resinas se fabricaron en una Prensa Hidráulica. Aplicación de un ciclo de calentamiento – enfriamiento de acuerdo a la norma ASTM D4703-10a. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.112024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Método D 1693. Probetas flexionadas. Ejemplo aplicación. Equipo La prueba de stress cracking se realizó con un equipo para evaluación del ESCR dentro de un baño a temperatura controlada (de acuerdo a norma ASTM D 1693). Fuente: https://www.directindustry.es/prod/amse/product-235627-2370265.html ® Dr. Rodolfo Flores Flores.122024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Método D 1693. Probetas flexionadas. Ejemplo aplicación. Condiciones de prueba. Temperatura: 50°C Tiempo: 5 Días (168 horas). Evaluación visual cada hora las primeras 8 horas después cada 24 horas. Agente de agrietamiento: Igepal Solución de Igepal al 10% v/v en agua desionizada Dimensión de Probetas: 38.1 X 12.7 mm X 2 mm Profundidad de la ranura: 0.3 a 0.4 mm ® Dr. Rodolfo Flores Flores.132024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Método D 1693. Probetas flexionadas. Ejemplo aplicación. Horas TIEMPO PEAD PEBD PELBD Resultados INICIO 8:30 8:30 8:30 1 9:30 0 0 0 2 10:30 0 0 0 3 11:30 0 0 0 4 12:30 0 0 0 5 13:30 0 0 0 6 14:30 0 10 % 0 7 15:30 0 90 % 0 8 16:30 0 100 % 0 24 8:30 0 0 48 8:30 90 % 0 72 8:30 100 % 0 96 8:30 0 120 8:30 0 144 8:30 0 168 8:30 0 ® Dr. Rodolfo Flores Flores.142024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Método D 1693. Probetas flexionadas. Ejemplo aplicación. Resultados Los resultados obtenidos señalan que el orden de falla es: PEBD (8 horas) < PEAD (72 horas) < PELBD (>168 horas) ® Dr. Rodolfo Flores Flores.152024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Resistencia al agrietamiento ambiental bajo tensión (Environment stress craking resistance). Método D 2552. Para evaluación de tensión bajo tracción. Un nuevo método de prueba para determinar la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental de plásticos a base de etileno. A New Test Method for Determining Environmental Stress- Crack Resistance of Ethylene Based Plastics. El método incorpora características tanto de la prueba ASTM para el agrietamiento por tensión ambiental de plásticos de etileno (D 1693) así como la prueba de ruptura por tensión ambiental de polietilenos bajo carga a tracción constante (D 2552). ® Dr. Rodolfo Flores Flores.162024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Resistencia al agrietamiento ambiental bajo tensión (Environment stress craking resistance). Otros procedimientos: Cubetas obtenidas por inyección. ASTM D 1975. Método de prueba estándar para la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental de cubetas de plástico abiertas moldeadas por inyección. Botellas sopladas. D 2561. Método de prueba estándar para resistencia al agrietamiento por tensión ambiental de contenedores de polietileno por moldeo por soplado. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.172024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. Resistencia al agrietamiento ambiental bajo tensión (Environment stress craking resistance). Otros procedimientos: Tubos extruídos. F 1248. Método de prueba estándar para resistencia al agrietamiento por tensión ambiental de (ESCR) de tubos de polietileno. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.182024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. ¿Cómo prevenir el agrietamiento por tensión ambiental? Para evitar el agrietamiento por tensión es necesario tomar los siguientes factores: Realizar una correcta selección del polímero. Evaluar cuidadosamente las sustancias químicas presentes en el entorno de trabajo. Evaluar las condiciones de operación de la pieza (temperatura, tiempo, esfuerzo al que está sometida). Diseñar productos con la finalidad de evitar geometrías o procesos que favorezcan y aceleren las fallas del material. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.192024  UNIDAD III. MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD. 3.1. Concepto de viscosidad. 3.2. Importancia y medición de la viscosidad. 3.2.1. Medición de la viscosidad con viscosímetros de cono y plano 3.2.2. Medición de la viscosidad con viscosímetros capilares. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.202024