Resistencia a la abrasión
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Resistencia a la abrasión
La resistencia a la abrasión es la capacidad de un material para resistir la acción mecánica, como el roce, el raspado o la erosión, que tiende progresivamente a eliminar el material de su superficie. Cuando un producto tiene resistencia a la abrasión, resistirá la erosión causada por el raspado, el roce y otros tipos de desgaste mecánico. Esto permite que el material conserve su integridad y mantenga su forma. Esto puede ser importante cuando la forma de un material es fundamental para su función, como se ve cuando las piezas móviles se mecanizan cuidadosamente para obtener la máxima eficiencia. Los materiales resistentes a la abrasión se pueden usar tanto para piezas móviles como fijas en entornos donde el desgaste podría convertirse en un problema. Las sustancias que generalmente se denominan "caucho" recuerdan inmediatamente a los materiales que son muy flexibles y que volverán a su forma original después de estirarse. De hecho, hay tres requisitos estructurales para que una sustancia determinada sea un caucho (i) el caucho está hecho de una cadena polimérica, revestida o ramificada; (ii) la cadena es flexible; y (iii) la cadena es más larga que un cierto umbral de longitud. Debido a que el caucho es flexible y resistente, puede absorber y sobrevivir fácilmente a un solo golpe de gran deformación. Sin embargo, cuando se usa en contacto con partes móviles, puede ocurrir un proceso de microdesgarro en la superficie de goma alrededor de las asperezas afiladas, eliminando gradualmente el material y finalmente terminando la vida funcional de la goma. En muchas aplicaciones, el desgaste abrasivo es el principal modo de falla de los cauchos. En los materiales normales, una superficie áspera se suaviza mediante la fricción repetida o la abrasión con materiales más duros. El caucho casi nunca se desliza sobre otros materiales similares al caucho, pero sobre orugas g muy diferente de él en la textura de la superficie, la constitución química y el comportamiento elástico, sin embargo, cuando la superficie lisa se desgasta, se forman en la superficie de goma patrones periódicos paralelos, que parecen un patrón forjado por el viento en la arena. Estos patrones típicos se mantienen a lo largo de todos los procesos de abrasión del caucho, por ejemplo, en la superficie de los neumáticos, cintas transportadoras, rodillos de impresión y zapatos, que por lo tanto se consideran la base esencial de la abrasión del caucho. El proceso de abrasión implica la eliminación de partículas pequeñas (1-5 μm) que dejan hoyos en la superficie y luego la eliminación de partículas grandes (> 5 μm). El desprendimiento de pequeñas partículas juega un papel importante en el inicio de la abrasión y esto está relacionado con una unidad estructural o tensiones localizadas en el caucho. Dado que la abrasión es claramente una manifestación de falla mecánica, se utilizó energía de desgarro para describir los mecanismos de desgaste del caucho, se ha establecido una ecuación en la que la pérdida por desgaste está relacionada con propiedades mecánicas macroscópicas como resistencia a la tracción, elongación a la rotura, dureza, etc. Se propuso que se presente el problema de la abrasión utilizando la mecánica de fractura que trata la fatiga y la falla por tracción como procesos de crecimiento de grietas a partir de pequeños defectos. El crecimiento de grietas puede verse influenciado por la presencia de oxígeno o ozono. La naturaleza del sistema de vulcanización afecta la resistencia: los entrecruzamientos probablemente se rompen y se reforman bajo tensión. Otros factores sugeridos responsables del desprendimiento de partículas son fallas en el subsuelo interno debido a fallas en el caucho como suciedad o huecos o adhesión interfacial a alta velocidad de laminación. No existe distinción entre desgaste y abrasión, aunque otro investigador definió la abrasión como la que produce una máquina de laboratorio sobre una pieza de goma y el desgaste como algo que le sucede a los neumáticos o otros productos de goma. Así, para el caucho, la "abrasión" cubre todos los mecanismos, mientras que la palabra "abrasión" para otros materiales se refiere en particular al rayado por partículas duras y afiladas. En ausencia de efectos transitorios tales como la obstrucción del abrasivo o la evolución de un patrón de abrasión, se encuentra que la cantidad de caucho erosionado es proporcional a la distancia de deslizamiento entre el caucho y la superficie de contacto. Sin embargo, el desgaste de los neumáticos y la abrasión en ciertas máquinas de abrasión de laboratorio (p. ej., el abrasivo Akron) pone en juego las propiedades brutas del neumático o la pieza de prueba que afectan la tasa de desgaste tanto como la resistencia a la abrasión del compuesto. Schallamach define la abrasión del caucho como una falla puramente mecánica producida por fricción por las asperezas de la pista y este proceso crea estructuras periódicas a menudo llamadas "patrón de abrasión", una serie de crestas paralelas perpendiculares a la dirección de deslizamiento. creado en la superficie del caucho durante el desgaste abrasivo. Propuso el mecanismo de abrasión del caucho desde el punto de vista de la mecánica de la fractura, relacionando la tasa de desgaste con la resistencia al crecimiento de grietas del caucho. Aunque el concepto de crecimiento de grietas juega un papel muy importante en la abrasión, particularmente en el crecimiento de una sola cresta, cuando consideramos que el tema esencial de la abrasión del caucho está en la formación del patrón superficial periódico que consta de muchas grietas, además de abrasivas. el desgaste es consecuencia del rozamiento, es decir, es imposible que se produzca cualquier transferencia abrasiva de material sin fenómenos de rozamiento. Como es bien sabido, se forma un patrón de abrasión en la etapa inicial de la abrasión y crece en el espaciado y la altura de las crestas, cuya característica geométrica permanece constante en apariencia una vez que ha crecido hasta el tamaño crítico. El patrón de abrasión se mueve muy lentamente a lo largo de la dirección de deslizamiento de manera que la grieta en la raíz de la cuña del patrón se profundiza un poco y la aleta que sobresale se arranca. Cuando el caucho se desliza sobre otra superficie abrasiva, se produce el contacto de los granos abrasivos (asperezas). Tras la aplicación de una carga normal, el módulo de tracción extremadamente bajo del caucho garantiza una gran deformación para establecer un contacto conforme con la contraparte. Esto hace que el área de contacto real sea comparable al área de contacto aparente. Debido a la estructura curvada y entrelazada de las cadenas de moléculas en el caucho, pueden sufrir una deformación lateral considerable sin fracturarse por estiramiento y torsión de las cadenas.
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Resistencia a la abrasión
La resistencia a la abrasión es la capacidad de un material para resistir la acción mecánica, como el roce, el raspado o la erosión, que tiende progresivamente a eliminar el material de su superficie. Cuando un producto tiene resistencia a la abrasión, resistirá la erosión causada por el raspado, el roce y otros tipos de desgaste mecánico. Esto permite que el material conserve su integridad y mantenga su forma. Esto puede ser importante cuando la forma de un material es fundamental para su función, como se ve cuando las piezas móviles se mecanizan cuidadosamente para obtener la máxima eficiencia. Los materiales resistentes a la abrasión se pueden usar tanto para piezas móviles como fijas en entornos donde el desgaste podría convertirse en un problema. Las sustancias que generalmente se denominan "caucho" recuerdan inmediatamente a los materiales que son muy flexibles y que volverán a su forma original después de estirarse. De hecho, hay tres requisitos estructurales para que una sustancia determinada sea un caucho (i) el caucho está hecho de una cadena polimérica, revestida o ramificada; (ii) la cadena es flexible; y (iii) la cadena es más larga que un cierto umbral de longitud. Debido a que el caucho es flexible y resistente, puede absorber y sobrevivir fácilmente a un solo golpe de gran deformación. Sin embargo, cuando se usa en contacto con partes móviles, puede ocurrir un proceso de microdesgarro en la superficie de goma alrededor de las asperezas afiladas, eliminando gradualmente el material y finalmente terminando la vida funcional de la goma. En muchas aplicaciones, el desgaste abrasivo es el principal modo de falla de los cauchos. En los materiales normales, una superficie áspera se suaviza mediante la fricción repetida o la abrasión con materiales más duros. El caucho casi nunca se desliza sobre otros materiales similares al caucho, pero sobre orugas g muy diferente de él en la textura de la superficie, la constitución química y el comportamiento elástico, sin embargo, cuando la superficie lisa se desgasta, se forman en la superficie de goma patrones periódicos paralelos, que parecen un patrón forjado por el viento en la arena. Estos patrones típicos se mantienen a lo largo de todos los procesos de abrasión del caucho, por ejemplo, en la superficie de los neumáticos, cintas transportadoras, rodillos de impresión y zapatos, que por lo tanto se consideran la base esencial de la abrasión del caucho. El proceso de abrasión implica la eliminación de partículas pequeñas (1-5 μm) que dejan hoyos en la superficie y luego la eliminación de partículas grandes (> 5 μm). El desprendimiento de pequeñas partículas juega un papel importante en el inicio de la abrasión y esto está relacionado con una unidad estructural o tensiones localizadas en el caucho. Dado que la abrasión es claramente una manifestación de falla mecánica, se utilizó energía de desgarro para describir los mecanismos de desgaste del caucho, se ha establecido una ecuación en la que la pérdida por desgaste está relacionada con propiedades mecánicas macroscópicas como resistencia a la tracción, elongación a la rotura, dureza, etc. Se propuso que se presente el problema de la abrasión utilizando la mecánica de fractura que trata la fatiga y la falla por tracción como procesos de crecimiento de grietas a partir de pequeños defectos. El crecimiento de grietas puede verse influenciado por la presencia de oxígeno o ozono. La naturaleza del sistema de vulcanización afecta la resistencia: los entrecruzamientos probablemente se rompen y se reforman bajo tensión. Otros factores sugeridos responsables del desprendimiento de partículas son fallas en el subsuelo interno debido a fallas en el caucho como suciedad o huecos o adhesión interfacial a alta velocidad de laminación. No existe distinción entre desgaste y abrasión, aunque otro investigador definió la abrasión como la que produce una máquina de laboratorio sobre una pieza de goma y el desgaste como algo que le sucede a los neumáticos o otros productos de goma. Así, para el caucho, la "abrasión" cubre todos los mecanismos, mientras que la palabra "abrasión" para otros materiales se refiere en particular al rayado por partículas duras y afiladas. En ausencia de efectos transitorios tales como la obstrucción del abrasivo o la evolución de un patrón de abrasión, se encuentra que la cantidad de caucho erosionado es proporcional a la distancia de deslizamiento entre el caucho y la superficie de contacto. Sin embargo, el desgaste de los neumáticos y la abrasión en ciertas máquinas de abrasión de laboratorio (p. ej., el abrasivo Akron) pone en juego las propiedades brutas del neumático o la pieza de prueba que afectan la tasa de desgaste tanto como la resistencia a la abrasión del compuesto. Schallamach define la abrasión del caucho como una falla puramente mecánica producida por fricción por las asperezas de la pista y este proceso crea estructuras periódicas a menudo llamadas "patrón de abrasión", una serie de crestas paralelas perpendiculares a la dirección de deslizamiento. creado en la superficie del caucho durante el desgaste abrasivo. Propuso el mecanismo de abrasión del caucho desde el punto de vista de la mecánica de la fractura, relacionando la tasa de desgaste con la resistencia al crecimiento de grietas del caucho. Aunque el concepto de crecimiento de grietas juega un papel muy importante en la abrasión, particularmente en el crecimiento de una sola cresta, cuando consideramos que el tema esencial de la abrasión del caucho está en la formación del patrón superficial periódico que consta de muchas grietas, además de abrasivas. el desgaste es consecuencia del rozamiento, es decir, es imposible que se produzca cualquier transferencia abrasiva de material sin fenómenos de rozamiento. Como es bien sabido, se forma un patrón de abrasión en la etapa inicial de la abrasión y crece en el espaciado y la altura de las crestas, cuya característica geométrica permanece constante en apariencia una vez que ha crecido hasta el tamaño crítico. El patrón de abrasión se mueve muy lentamente a lo largo de la dirección de deslizamiento de manera que la grieta en la raíz de la cuña del patrón se profundiza un poco y la aleta que sobresale se arranca. Cuando el caucho se desliza sobre otra superficie abrasiva, se produce el contacto de los granos abrasivos (asperezas). Tras la aplicación de una carga normal, el módulo de tracción extremadamente bajo del caucho garantiza una gran deformación para establecer un contacto conforme con la contraparte. Esto hace que el área de contacto real sea comparable al área de contacto aparente. Debido a la estructura curvada y entrelazada de las cadenas de moléculas en el caucho, pueden sufrir una deformación lateral considerable sin fracturarse por estiramiento y torsión de las cadenas.
Resistencia a la abrasión
Al elegir el elastómero base adecuado para cualquier aplicación en particular, una de las principales consideraciones para muchas aplicaciones dinámicas es la resistencia a la abrasión; la capacidad de resistir acciones mecánicas como el roce, el raspado o la erosión que elimina material de la superficie. Un elastómero resistente a la abrasión es capaz de soportar estos tipos de desgaste mecánico y la propiedad debe tenerse en cuenta en los casos en que tanto los componentes móviles como los fijos estarán en contacto constante o frecuente con otro material y estarán expuestos a las acciones antes mencionadas, específicamente cuando la forma de un componente o producto es esencial para una funcionalidad óptima. Al identificar el caucho más adecuado para usar en un componente o producto según su resistencia a la abrasión, es importante considerar las diversas opciones disponibles y seleccionar el elastómero óptimo según los requisitos del uso final. En muchos casos, el caucho como material es capaz de absorber y sobrevivir a un solo caso de deformación; sin embargo, cuando se usa en la fabricación de componentes que están expuestos a acciones mecánicas, puede ocurrir un proceso de microdesgarro en la superficie, eliminando gradualmente el material y resultando en una eventual falla del caucho, con el desgaste abrasivo a menudo citado como una causa común de falla en un componente o producto. Si bien muchos materiales se alisan mediante acciones manuales repetidas, ya sea por fricción o abrasión con materiales más duros que ellos mismos, con el caucho, este proceso rara vez ocurre con otros cauchos, aparte de aquellos que son muy diferentes. Cuando la superficie lisa de un elastómero se desgasta con el tiempo, se producen patrones rugosos. Independientemente del componente final, desde los neumáticos hasta las juntas; tales patrones ocurren como resultado de la abrasión en todas las aplicaciones. Hay, sin embargo, una serie de elastómeros que son naturalmente más duraderos que sus contrapartes, lo que los hace ideales para usar en casos en los que se desea resistencia a la abrasión. Para obtener la mejor resistencia mecánica, las opciones anteriores son claramente nitrilo, poliuretano y SBR y, en general, se consideran las mejores opciones cuando se requiere resistencia a la abrasión como propiedad clave de un componente de caucho. El nitrilo se usa comúnmente en aplicaciones que requieren resistencia a aceites y solventes, siendo un mercado importante la industria automotriz, con usos finales importantes que incluyen mangueras, líneas de combustible, juntas tóricas, juntas y sellos, y las excelentes propiedades de resistencia a la abrasión del elastómero aumentan su idoneidad. en estas áreas. SBR, otro elastómero con una resistencia a la abrasión calificada como excelente, se desarrolló originalmente como un elastómero de uso general y aún conserva esta distinción y se considera el más utilizado y versátil, más comúnmente mezclado en la producción de neumáticos para automóviles, así como una gama de bienes mecanicos. Cualquier compuesto de caucho, tenga o no características de resistencia a la abrasión, puede mejorarse mediante la inclusión de aditivos y rellenos de refuerzo. Dichos ingredientes pueden mejorar la capacidad de la mayoría de los compuestos para resistir las fuerzas abrasivas cuando se incorporan de manera efectiva a la matriz de caucho. Se debe tener cuidado al incluir rellenos y aditivos resistentes a la abrasión para que no se sacrifiquen otras propiedades deseables. En muchos casos, la elección del material base debe ser una especie de compromiso con una serie de factores diferentes que entran en juego, tanto relacionados como no relacionados con la resistencia a la abrasión de un elastómero, sin olvidar la economía de una situación particular.