Envejecimiento acelerado - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Pruebas de calor húmedo y vapor

A juzgar por la falta de métodos de prueba estándar, generalmente no hay gran preocupación por los efectos a largo plazo del calor húmedo, aunque generalmente se aprecia la importancia del acondicionamiento a una humedad conocida para pruebas como las propiedades eléctricas. Sin embargo, hay circunstancias en las que el efecto de envejecimiento de la alta humedad puede ser importante, hay casi duplicación de la tasa de deterioro del caucho natural al aumentar la humedad al 100 % en una prueba de envejecimiento al aire a 70°C, y los enlaces hidrolizables que contienen polímeros (por ejemplo, poliuretanos) pueden ser especialmente propensos a romperse bajo condiciones húmedas. Si los efectos de la humedad son de interés, entonces se utilizarían pruebas similares a las de envejecimiento por calor, pero se controlarían tanto la temperatura como la humedad. En la norma ASTM D3137 se proporciona un método estándar simple para determinar el efecto de la humedad en la resistencia a la tracción, y se recomienda realizar una prueba similar de envejecimiento por calor seco para poder aislar el efecto de la humedad. Las piezas de prueba se suspenden sobre el agua en un recipiente sin tapar en un horno a 85°C durante 96 h. De manera más general, una gama de propiedades físicas podría monitorearse después de la exposición y un gabinete de humedad tipo inyección daría una gama de humedad de hasta el 100%. El uso de vapor a 100°C o más proporcionaría un efecto acelerador, aunque esto probablemente se consideraría demasiado severo para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, tal prueba sería relevante para un producto como una manguera diseñada para usarse con vapor, y el procedimiento de prueba particular se encontraría en la especificación del producto. Al diseñar cualquier prueba de exposición al vapor, es necesario controlar la cantidad de aire (si lo hay) presente, ya que el oxígeno a las temperaturas utilizadas tendría una fuerte acción de deterioro.

Efecto de los líquidos

Las pruebas generales en las que los cauchos se exponen a líquidos a menudo se denominan "pruebas de hinchamiento" simplemente porque el cambio resultante en el volumen de la pieza de prueba es, con mucho, la medida más utilizada del efecto del líquido. Del mismo modo, las pruebas también se denominan "envejecimiento del aceite" porque los grados estándar de aceite mineral son los líquidos que se especifican con mayor frecuencia. El cambio de volumen es una muy buena medida de la resistencia general de una goma a un líquido dado, un alto grado de hinchazón indica claramente que la goma no es adecuada para su uso en ese entorno. Además, el grado de hinchamiento se puede relacionar con el estado de curado del caucho, estimándose la densidad de entrecruzamiento mediante el uso de la ecuación de Flory-Rehner. Los procedimientos de prueba estandarizados se ocupan de la resistencia del caucho al líquido, no de la estimación del grado de curado, y generalmente recomiendan la medición del cambio en las dimensiones, las propiedades de tracción y la dureza, así como el cambio de volumen. La acción de un líquido sobre el caucho puede resultar en la absorción del líquido por el caucho, la extracción de constituyentes solubles del caucho y la reacción química con el caucho. Por lo general, la absorción es mayor que la extracción y se produce un aumento de volumen, pero no siempre es así. Para algunos productos, una disminución de volumen o dimensiones podría ser más grave que el hinchamiento y, si hay una reacción química importante, un hinchamiento bajo puede estar ocultando un gran deterioro de las propiedades físicas. En consecuencia, aunque el grado de hinchamiento es un buen indicador general de la resistencia, también es importante medir el cambio en otras propiedades. La hinchazón, al ser relativamente simple de medir con bastante precisión, es particularmente útil como prueba de control de calidad. De hecho, se ha sugerido su uso como una prueba muy sensible para los controles generales de rutina de la composición.

Métodos estándar

El método internacional para la resistencia a líquidos es ISO 1817. El aparato se especifica para inmersión total y contacto unilateral con el líquido; en el último caso, se ilustra una plantilla adecuada. Luego hay una balanza para la determinación del cambio de peso y volumen, instrumentos para medir las dimensiones y para la determinación del área mediante la medición de las diagonales de la probeta. Siguiendo las cláusulas generales que cubren la elección del líquido, las piezas de prueba, el acondicionamiento, las temperaturas y la duración de la prueba y el procedimiento básico, hay cláusulas para el cambio de masa, volumen, dimensiones, área, dureza, propiedades de tracción, masa por unidad de área (para un exposición lateral) y determinación de materia extraíble. Con mucho, la medida más común es el cambio de volumen por el método gravimétrico, que consiste en pesar la pieza de prueba en el aire y en un líquido (generalmente agua) antes y después de la inmersión y calcular el cambio de volumen sobre la base de que el volumen es proporcional al peso en el aire. peso en agua. La probeta debe tener entre 1 y 3 cm de volumen y 2±0,2 ​​mm de espesor. El espesor es muy importante, especialmente si no se alcanza el hinchamiento de equilibrio dentro de la escala de tiempo de la prueba, pero las otras dimensiones no son críticas. El cambio de masa se utiliza a veces como una alternativa un poco más rápida que el cambio de volumen como medida de control de calidad y se obtiene simplemente pesando solo en el aire. El cambio de volumen también se puede calcular a partir de la medición de las dimensiones, pero el énfasis en ISO 1817 está en obtener el cambio de longitud, etc. un disco de 44,6 mm de diámetro (diámetro interior del anillo de tracción) con un espesor de 2 mm en ambos casos. Las dimensiones se miden antes y después de la inmersión utilizando un reloj comparador para el espesor y, preferiblemente, un sistema óptico para la longitud y la anchura. El procedimiento para la exposición de una pieza de prueba a un líquido en un solo lado es aplicable a materiales laminares relativamente delgados que se exponen de esta manera en servicio. Se utiliza una plantilla adecuada para contener el líquido y se mide el cambio de peso. El resultado se expresa como cambio de masa por unidad de superficie.

La norma británica es la misma que la ISO 1817. El método general de ASTM para el efecto de los líquidos sobre los cauchos es la norma ASTM D471. Contiene procedimientos para cambio de volumen y cambio de masa por métodos volumétricos o gravimétricos similares a los métodos ISO y británicos, pero la especificación de los contenedores de exposición es más restrictiva y se pone más énfasis en el uso de condensadores de reflujo. El procedimiento para el cambio de dimensiones es similar al primer método ISO, pero no se menciona un procedimiento de cambio de área. Los procedimientos para la exposición de doble cara, los cambios en la dureza y las propiedades de tracción también son similares a los procedimientos ISO. Las mediciones se pueden realizar después del secado y también existe la opción de basar los cálculos de tracción en la sección transversal de la mancuerna hinchada. Se incluyen los procedimientos para materias extraíbles y existen procedimientos adicionales para el cambio de propiedades de los tejidos revestidos. Un segundo método ASTM, D1460, proporciona procedimientos para el cambio de longitud después de la inmersión usando una pieza de prueba larga y relativamente delgada. Este solía ser un método mucho más estandarizado, pero el método volumétrico ha demostrado ser mucho más conveniente para fines generales. No está del todo claro por qué se necesitan dos procedimientos con dos diseños de aparatos y piezas de prueba de diferentes dimensiones, pero presumiblemente es el resultado de estandarizar lo que existía en la práctica. Una ventaja del método de cambio de longitud es que, debido a que las mediciones se pueden realizar a través de la pared transparente del recipiente, se puede utilizar con líquidos (o gases) bajo presión, y esta parece ser la intención principal de la norma ASTM.

Líquidos estándar

Aunque para cualquier aplicación en particular, el líquido que se encuentra en servicio debe usarse para la prueba, ha sido una práctica común durante mucho tiempo usar líquidos estándar representativos de los diversos tipos de líquidos a los que el producto debe ser resistente. Hay una ventaja obvia en este enfoque cuando se considera la reproducibilidad entre laboratorios y el control de calidad en general, particularmente porque los líquidos comerciales a menudo no están bien definidos. Los principales líquidos estándar definidos en las normas internacionales y otras son los aceites, combustibles y líquidos de servicio que se originan en ASTM. En general, se ha aceptado que los aceites ASTM, aunque definidos en las normas, solo son realmente satisfactorios si los produce una sola fuente. Los aceites 1, 2 y 3 especificados en ISO 1817 son los mismos que los especificados en ASTM D471. Ocasionalmente, los aceites han tenido que ser reorientados y especificados nuevamente y eso sucedió a mediados de la década de 1990 para los aceites 2 y 3 porque tendrían que haber sido etiquetados como carcinógenos sospechosos. El aceite 1 se reemplazó en 2007. Los nuevos aceites no son idénticos al anterior y se denominan IRM901, IRM902 e IRM903, respectivamente, en lugar de ASTM 2 y 3.