Termofluencia en polímeros

Termofluencia en Polímeros

En este artículo se pretende dar a conocer en qué consiste uno de los principales fenómenos ocurridos en diversos tipos de materiales, la termofluencia, la cual tiene lugar en metales, aleaciones o polímeros. Sin embargo, se centró principalmente en el estudio de los materiales polímeros, los cuales presentan propiedades que se detallan con la mayoría de parámetros utilizados en los metales. Para ello, se realizó una investigación de tipo bibliográfica sobre dicho fenómeno y las variables que son involucradas en el proceso de deformación de los polímeros cuando son sometidos a diversos esfuerzos, así como también, los tipos de estructuras físicas características de ellos y el concepto de regresión para poder realizar gráficas de regresión para datos de tiempo y deformación unitaria. Esto siendo posible también gracias a la realización de un experimento de tipo casero, dónde se utilizaron polímeros (pajillas) sometidas a tensión y se tomaron diversos datos durante un cierto período de tiempo.

INDICE

1. NOMENCLATURA

L= Litro

r= Coeficiente de correlación

t= Variable tiempo

x= Variable dependiente

t= Pronóstico del período t[pic 1]

a= Intersección de la línea con el eje

b= Pendiente positiva o negativa

= Promedio de la variable dependiente[pic 2]

= Promedio de la variable independiente (tiempo)[pic 3]

1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

     Los polímeros naturales, es decir aquellos que se obtienen de plantas y animales, como son la madera, el caucho, algodón, lana, seda, entre otros, son utilizados desde ya muchos siglos. Sin embargo, debido al progreso científico se ha podido determinar estructuras moleculares de este grupo de materiales para el desarrollo de polímeros que se sintetizan a partir de moléculas orgánicas; surgiendo así los polímeros sintéticos como los plásticos, cauchos y materiales fibrosos de uso común. Estos productos sintéticos pueden producirse a un bajo costo y sus propiedades presentan ventajas frente a las propiedades equivalentes de polímeros naturales.

     Las propiedades mecánicas de los polímeros siguen muchos de los parámetros que se utilizan en los metales, como módulo de elasticidad, fluencia, límite elástico y resistencia a la tracción. En este artículo se abordará el tema de termofluencia en este tipo de materiales, propiedad altamente sensible a la velocidad de deformación, a la temperatura y a la naturaleza química del medio( presencia de agua, oxígeno, etc), teniéndose como principal objetivo conocer a través de una investigación bibliográfica, este fenómeno y tomándose como respaldo la realización de un experimento que facilitará el desarrollo de la investigación. Cabe destacar que, en muchos materiales poliméricos se emplea el ensayo esfuerzo-deformación simple para establecer algunos de los parámetros mecánicos mensionados anteriormente, éste es otro de los objetivos planteados, tener la capacidad de trazar las gráficas de los comportamientos de esfuerzo-deformación característicos que se observan en estos materiales.

1. PROCEDIMIENTO Y EQUIPO

Para la realización de este experimento se necesitaron los siguientes materiales: ocho pajillas, ocho recipientes de diferente capacidad, elementos de unión y un recipiente para medir. La selección de materiales se hizo en base a la utilidad que se le iba a dar y a las condiciones a las que se iban a someter.

Se comenzó por elegir el lugar en el que se llevaría a cabo el experimento y los materiales a utilizar. Se eligió un tendedero, pajillas comunes y para contener el agua, bolsas. Como elementos de unión se utilizó cordel.

Con un recipiente volumétrico se midieron los volúmenes correspondientes dos veces de 1L, 1.5L, 2.5, y 1 Galón, y se colocaron dentro de las bolsas a las que se le hizo nudo y se ataron a la pajilla a la cual se le había hecho marcas al centro y a 10cm del centro. Seguidamente se pusieron bajo tensión colgándolas del tendedero.

Transcurrido un día, la sujeción del tendedero no soporto tanto peso por lo que al final del día todo había caído al suelo. Además fue notorio que las bolsas eran frágiles y por el peso se rompían. Debido a esto, se realizo un segundo montaje en el que se utilizaron dos bolsas por cada volumen y se aseguro que el tendedero fuera lo suficientemente resistente.

[pic 4]

Figura 1. Montaje de bolsas con diferentes volúmenes de agua sujetadas a pajillas.

IV. ASPECTOS TEÓRICOS

1. Generalidades de Termofluencia en Polímeros

     Una deformación permanente que depende del tiempo, bajo una carga o esfuerzo constante y a altas temperaturas se llama termofluencia o simplemente fluencia. Después de un período de tiempo, dicho fenómeno puede terminar en fractura porque se haya alcanzado la tensión de rotura. Las condiciones de temperatura, tensiones y tiempo, bajo las cuales suceden los fallos por termofluencia y por rotura dependen del tipo de metal, aleación o polímero, su microestructura, y de cualquier agente externo. En consecuencia, los fallos por alta temperatura suelen ocurrir por encima de un rango de temperaturas variable. Concretamente la termofluencia aparece cuando se supera ligeramente la temperatura de recristalización del metal o aleación, estado en el que los átomos se desplazan para reorganizar la estructura. [1].

Los principales polímeros sintéticos son:

Elastómeros: Tienen poca elasticidad y mucha extensibilidad, es decir, que se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero se recuperan rápidamente a lo que este termina.

Plásticos: Se deforman irreversiblemente ante un esfuerzo mayor. Este concepto se usa erradamente cuando las personas se refieren a los polím eros en su totalidad. [2].

También se pueden clasificar de acuerdo a su estructura física:

Estado amorfo y estado cristalino

     Los términos cristalino y amorfo se utilizan normalmente para indicar las regiones ordenadas y desordenadas de los polímeros, respectivamente. En estado sólido algunos polímeros son completamente amorfos, otros son semicristalinos y, dependiendo de las condiciones de cristalización, un polímero con capacidad de cristalizar puede ser amorfo o semicristalino. Con frecuencia se utiliza el término cristalino en lugar de semicristalino, aunque ningún polímero es completamente cristalino. Los polímeros con capacidad de cristalizar son aquellos cuyas moléculas son química y geométricamente regulares en su estructura. Las irregularidades ocasionales, tales como las ramificaciones de la cadena, o la copolimerización de una pequeña cantidad de otro monómero limitan el alcance de la cristalización, pero no evitan que ocurra. Por el contrario, los polímeros no cristalinos típicos son aquellos en los que existe una clara irregularidad en la estructura: polímeros ramificados, polímeros atácticos y copolímeros con cantidades significativas de dos o más constituyentes monoméricos bastante diferentes. [3].

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