Viscoelasticidad Polimérica - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La viscoelasticidad es un tipo de comportamiento mecánico que exhiben algunos materiales, entre ellos los polímeros, por el cual no existe una relación bien definida entre las tensiones aplicadas y las deformaciones obtenidas del sólido. Los materiales viscoelásticos presentan un comportamiento elástico (sólido de Hooke) y viscoso (fluido) al mismo tiempo [10]. De lo anterior, se deduce que el comportamiento mecánico de los polímeros no resulta fácil de caracterizar según un modelo sencillo dado que involucra varios fenómenos diferentes. Éstos son los siguientes:

El material se comporta como un vidrio. La deformación reversible inducida por la carga aplicada se debe a variaciones en la longitud y ángulos de los enlaces entre átomos componentes de las cadenas. La componente elástica es la dominante en los sólidos, por tanto, sus propiedades pueden describirse mediante la ley de Hooke, que afirma que el esfuerzo aplicado (σ) es proporcional a la deformación resultante (ε), pero es independiente de la velocidad de deformación (dε/dt), es decir: σ = E ε ; donde E es el módulo elástico o de Young.

Hasta ahora se ha supuesto que la deformación elástica era independiente del tiempo, o sea: una tensión aplicada producía una deformación elástica instantánea que permanecía constante durante el tiempo que se mantenía aplicada la carga. También se ha supuesto que al retirar la carga, la deformación se recuperaba totalmente, es decir, la deformación volvía a cero de forma instantánea. En muchos materiales de ingeniería, sin embargo, existe una componente de la deformación elástica que depende del tiempo; es decir, la deformación elástica continua aumentando después de aplicar la carga, y al retirarla se requiere que transcurra algún tiempo para que el material se recupere completamente. Este comportamiento elástico dependiente del tiempo se denomina anelasticidad y es causado por la dependencia del tiempo de los mecanismos microscópicos que tienen lugar cuando el material se deforma. En los metales, la componente anelástica es normalmente pequeña y, a menudo, despreciable. Sin embargo, en algunos materiales poliméricos su magnitud es importante. En este caso se denomina comportamiento viscoelástico. La deformación también es reversible pero dependiente del tiempo. La carga aplicada origina el estirado de las cadenas de polímero apartándolas de sus conformaciones más estables (enrolladas, es decir, con mayor entropía). Estos movimientos moleculares necesitan un cierto tiempo para su desarrollo.

Se debe al deslizamiento dependiente del tiempo de unas cadenas sobre otras. Es una deformación no reversible o permanente. La componente viscosa es dominante en los líquidos, y por tanto sus propiedades pueden describirse mediante la ley de Newton, que establece que el esfuerzo aplicado σ es proporcional a la velocidad de deformación  , pero es independiente del alargamiento ε o del gradiente de velocidades aplicado. Ambas leyes, la de Newton y la de Hooke, son válidas cuando hay pequeñas variaciones de la deformación o de la velocidad de deformación Un mismo polímero amorfo puede mostrar un comportamiento como un vidrio (totalmente elástico) a bajas temperaturas o a alta velocidad de aplicación de la carga.