Reología de Polímeros - Apuntes 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. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Las propiedades mecánicas son las propiedades por excelencia medidas en los materiales. Su popularidad radica en que son utilizadas para determinar la funcionalidad de un material bajo condiciones de uso (esfuerzo, deformación, temperatura o velocidad de deformación). Existen dos grandes grupos de las propiedades mecánicas: ® Dr. Rodolfo Flores Flores.32024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. ▪PRUEBAS DESTRUCTIVAS ▪Grandes deformaciones-grandes esfuerzos ▪ > 106 Pa,  >> 100% ▪Comportamiento no lineal del material (punto de cedencia) ▪Efectos a grandes deformaciones ▪Propiedades finales del producto ▪Pruebas de tensión, compresión, cizallamiento ® Dr. Rodolfo Flores Flores.42024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. ▪ PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS ▪Pequeñas deformaciones ▪ = 105 Pa,  : 1 - 5% ▪Cambio de propiedades con la misma muestra ▪Análisis Dinámico Mecánico (DMA) ® Dr. Rodolfo Flores Flores.52024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Pruebas destructivas. Grandes Deformaciones. La prueba de esfuerzo- deformación, en modo tensión es, probablemente, el método de prueba más popular utilizado en la caracterización de los materiales (polímeros). Para su realización se utiliza una Máquina Universal ® Dr. Rodolfo Flores Flores.62024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. La máquina universal consiste de un bastidor sólido, de alta rigidez, con una barra transversal que se desplaza a lo largo del bastidor a una velocidad controlada. Las celdas de carga que pueden ser de 0.02 N a 50 KN o 100 KN a 2,000 KN en función de la fuerza y sensibilidad que se desee aplicar a la muestra (película, placa). ® Dr. Rodolfo Flores Flores.72024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Posee pinzas tipo mordaza (manuales o neumáticas) y un controlador manual de funciones. Con la finalidad de medir adecuadamente la deformación de la muestra, se utiliza un extensómero. Normalmente los equipos están conectados a una computadora en la cual se programan las condiciones del ensayo y se registran los resultados obtenidos. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.82024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Accesorios adicionales: Fuente: https://www.mts.com/ Extensómetros ópticos Medición de la deformación real de la muestra. Cámara térmica Ensayos a temperatura subambiente o alta temperatura. Fuente: https://www.instron.com ® Dr. Rodolfo Flores Flores.92024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Definiciones. Esfuerzo (). F Newton (N) σ= = 2 2 = Pascal A metro (m ) Deformación (). L − L0 ΔL metro (m) ε= = = = Adimensional L0 L0 metro (m) ® Dr. Rodolfo Flores Flores.102024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Definiciones. Módulo Elástico (Young). Relación entre el esfuerzo () y la deformación (). Pendiente de la curva esfuerzo-deformación en la región elástica. 1 – 5 % deformación σ ∝ ε σ=Yε Y=E σ Módulo de Young =Y Módulo elástico ε ® Dr. Rodolfo Flores Flores.112024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Comportamiento mecánico materiales (polímero) ▪ Propiedades Tensiles ▪ Máquina Universal ▪ ASTM D 882 (Película). ▪ “Método de prueba estándar para las propiedades tensiles de láminas delgadas de plástico”. ▪ ASTM D 638 (Placa). ▪ “Método de prueba estándar para las propiedades tensiles de los plásticos”. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.122024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Comportamiento mecánico materiales (polímero) ▪ Propiedades Tensiles ▪ Temperatura ▪ T = 22 °C, HR = 50 % ▪ Velocidad de deformación constante ▪ Película: 25 mm/min y 500 mm/min ▪ Placa: 50 mm/min ▪ ¡Las condiciones de elaboración de las probetas son críticas! ▪ Acondicionamiento de las muestras ▪ 48 horas ▪ T = 22 °C, HR = 50 % ® Dr. Rodolfo Flores Flores.132024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Comportamiento mecánico materiales (polímero) Esfuerzo ()  R , R Esfuerzo de Cedencia Plateau Consolidación Región Elástica (Y) Deformación () ® Dr. Rodolfo Flores Flores.142024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Región Elástica. Corresponde a la primera parte de la curva y representa el comportamiento elástico del material. A simple vista, no se observa deformación de la muestra. Si se retira la fuerza en esta región, la pequeña deformación que pudo haber sufrido la muestra se recupera instantáneamente manteniendo sus dimensiones originales. Si el esfuerzo aplicado (σ) corresponde a una deformación (ε) del 1-5 %, la relación entre el esfuerzo y la deformación es el Módulo Elástico o Módulo de Young. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.152024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Esfuerzo de cedencia. Es el punto en el que se produce la transición entre las deformaciones elásticas (recuperables) y permanentes y se caracteriza por ser el máximo del pico de la curva esfuerzo/deformación. En este punto, la probeta muestra un cambio en sus dimensiones: su ancho disminuye. La deformación que sufra la muestra después de este punto es permanente. ® Dr. Rodolfo Flores Flores.162024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Propagación de la deformación. Después de alcanzar el punto de cedencia, se observa que, para mantener la deformación constante (ε), se requiere la aplicación de un menor esfuerzo (σ). Esto se debe a que el área de la probeta disminuye, haciendo que la fuerza necesaria para mantener la deformación constante, disminuya. Posteriormente, la deformación y la propagación del cambio de área de la probeta se hacen a esfuerzo constante por lo que aparece una meseta (plateau). ® Dr. Rodolfo Flores Flores.172024  2.2. PRUEBAS FÍSICAS. 2.2.1. Estrés-Tensión. Relaciones Estrés-Tensión. Consolidación y ruptura de la probeta. Una vez que el cambio del área de la probeta alcanza toda la longitud de la muestra, se observa que, para mantener la misma deformación, es necesario aplicar un esfuerzo mayor. Físicamente, esto indica que para seguir alineando las cadenas de polímero se requiere aumentar la fuerza aplicada. Esta zona es conocida como Consolidación. Si se continúa aplicando la fuerza, la orientación de las cadenas de polímero llegan a su límite y se produce su ruptura y por ende la destrucción de la muestra (R , R). ® Dr. Rodolfo Flores Flores.182024  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.192024