Falla por fatiga - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La resistencia a la fatiga de un polímero a menudo se representa mediante una gráfica de tensión (S) frente al número de ciclos hasta la falla (N), también conocida como curva SoN o diagrama de Whaler. Normalmente, un material fallará en tiempos progresivamente más largos a medida que disminuye la magnitud de la tensión aplicada. Muchos polímeros exhiben una tensión limitante, denominada límite de resistencia a la fatiga (crFEL) por debajo del cual no se producirán fallas durante un número razonable de ciclos, generalmente del orden de 107 a 108 ciclos. La curva SoN tiene una utilidad obvia para el ingeniero de diseño, pero no da una idea de los mecanismos por los cuales ocurre la falla. Las pautas para construir una curva SoN se encuentran en ASTM D671-93 Método de prueba estándar para fatiga por flexión de plásticos por amplitud de fuerza constante. En este método de prueba, una muestra con un esfuerzo de flexión constante a través de la sección de calibre se somete a un esfuerzo de flexión constante mediante una máquina de prueba de tipo voladizo fijo que opera a una frecuencia cíclica de 30 Hz y una relación de esfuerzos de -1. La Norma tiene cuidado de indicar que la curva SoN resultante se puede utilizar en aplicaciones de diseño solo cuando todos los factores de diseño, como la frecuencia cíclica, la forma de onda, las variables de tensión, la temperatura ambiente y las condiciones ambientales, son análogos a las condiciones de prueba. El Estándar también tiene cuidado de reconocer dos posibles modos de falla. En un caso, la falla puede ocurrir por la iniciación y propagación de una grieta a través del calibre de la muestra que resulta en una falla catastrófica. En el otro caso, puede producirse un fallo térmico por calentamiento histerético dentro del polímero. La falla térmica puede ser un problema particularmente agudo cuando las pruebas se realizan a altas frecuencias o amplitudes de tensión. Es importante enfatizar que una curva S-N representa el número de ciclos necesarios para iniciar una grieta más el número de ciclos necesarios para propagar la grieta hasta la falla. La iniciación de grietas es normalmente un proceso aleatorio y, en consecuencia, puede conducir a una dispersión significativa en la curva S-N. Sin embargo, una pieza de plástico real en servicio puede muy bien contener defectos accidentales como huecos, líneas de soldadura y partículas extrañas que pueden actuar como defectos capaces de iniciar fácilmente el crecimiento de grietas. En estas condiciones, el enfoque S-N puede sobrestimar seriamente la vida útil por fatiga. Un enfoque conservador del diseño sería suponer que existe algún tipo de defecto y que el proceso de propagación de grietas por fatiga (FCP) consume completamente la vida útil por fatiga.