Creep test
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Prueba de Fluencia Lenta (Creep)
What is a Creep Test?
La relajación y la relajación de la tensión son las principales causas de falla debido a la deformación (deformación) para aplicaciones de servicio a largo plazo, y los plásticos de ingeniería generalmente están diseñados para un servicio a largo plazo. El engranaje de plástico o el sujetador mecánico, como una tuerca y perno, un clavo o un tornillo que produce fluencia y relajación de la tensión, pueden funcionar mal. El resultado puede ser una falla catastrófica de todo el sistema del producto. El engranaje de plástico produce una fluencia dinámica, que es causada por una carga aplicada fluctuante o temperatura fluctuante. Un sujetador mecánico estacionario produce fluencia estática, que es causada por una carga aplicada constante y típicamente a temperatura constante. La prueba de fluencia debe realizarse con un probador de materiales, ya que la velocidad es crítica para medir la deformación a lo largo del tiempo. Este método de prueba se utiliza para determinar una muestra de propiedades de fluencia cuando se somete a una carga de tracción o compresión prolongada a temperatura constante. La velocidad de deformación de un material de muestra a una temperatura constante se conoce como velocidad de fluencia (flecha). Es la pendiente creada por el creep vs. tiempo. El deslizamiento generalmente ocurre a temperaturas elevadas, por lo que es común para este tipo de control de calentamiento / enfriamiento. El control de temperatura es crítico para los efectos de la expansión térmica en la muestra.Concepto
Describe la deformación por tensión constante de acuerdo a temperatura y tiempo, es una deformación plástica que no se recupera después de la eliminación de estrés, el desplazamiento secundario está representado velocidad constante y también viene llamado fluencia en equilibrio.
Creep Testing
El creep es un cambio dependiente del tiempo en el cambio de paso en el cambio de paso en el estrés. La fluencia en polímeros a bajas tensiones (1%) es esencialmente recuperable después de la descarga, sin la necesidad de recocido a una temperatura elevada. El conocimiento máximo de la naturaleza del creep se obtiene al trazar el logaritmo de la conformidad de la fluencia con el logaritmo del tiempo en una escala de tiempo muy amplia. La deformación recuperable se conoce como deformación elástica y la deformación permanente como deformación plástica. Las curvas de fluencia típicas trazan la deformación o la deformación en función del tiempo en una escala logarítmica para un rango de cargas o tensiones. Estos datos básicos de fluencia pueden utilizarse para trazar la tensión isócrona: curvas de tensión, curvas de tensión isométrica o módulo de fluencia en función del tiempo. En un gráfico isócrono, la tensión se grafica contra la tensión en una serie constante de intervalos de tiempo. En un gráfico isométrico, el estrés o la tensión es una función del tiempo para una serie de esfuerzos o tensiones constantes. Las curvas de módulo de fluencia muestran el valor dependiente del tiempo del módulo. Como las propiedades de los polímeros son función de la temperatura, estas curvas se pueden producir a diferentes temperaturas. Estos tipos de datos están disponibles de proveedores de materia prima en la mayoría de los casos. Sin embargo, a veces los datos de desplazamiento para estas condiciones pueden no estar disponibles. Por lo tanto, los datos se extrapolan a las condiciones requeridas. Se debe tener cuidado al extrapolar los datos a temperaturas más altas o de mayor duración fuera del rango experimental de datos de fluencia. El tipo de polímero y MFR también influyen en el comportamiento de la fluencia.
Para polímeros de baja masa molecular relativa, la dependencia del estrés y la temperatura de la velocidad normal se puede modelar mediante un solo proceso activado con un volumen de activación de 0.08 nm3. Para los polímeros de mayor masa molecular y para los copolímeros, el proceso permanente se activa solo a altos niveles de estrés, lo que sugiere que hay dos procesos de Eyring acoplados en paralelo.
Prueba de Fluencia Lenta (Creep)
Esta prueba analiza las variaciones en el tiempo del estado de tensión-deformación por la permanencia bajo cargas aplicadas. Es decir, las cargas generan un esfuerzo constante en un determinado tiempo, lo cual provoca deformaciones lentas En la figura, se observan las deformaciones causadas por una carga durante un determinado. Estas deformaciones se producen debido al desplazamiento viscoso de las cadenas del polímero, que hacen que dicho material se relaje durante el esfuerzo al cual está sometido. Si antes de que dicho material llegue a la ruptura, se le quita la carga a la que estaba sometido, el material vuelve a su posición inicial gracias a sus propiedades elásticas: esto es la viscoelasticidad.
Enfrentamiento de polímeros viscoelásticos no lineales
La naturaleza del comportamiento de fluencia en los polímeros se puede acomodar en problemas prácticos. Por ejemplo, al usar estos materiales y sus propiedades de deformación en los cálculos de diseño de ingeniería, es cuestión de reconocer cuál de las variables puede influir en el cumplimiento. A menudo, es conveniente suponer que el cumplimiento y el módulo están inversamente relacionados y, aunque esto puede no ser rigurosamente correcto, podría ser posible acomodar el supuesto si se entienden los límites de cualquier inexactitud. Naturalmente, también deben examinarse las consecuencias de tales supuestos.
Normas
La fluencia está cubierta por ASTM D2990 (ISO 899-1,2), "Fluencia por tracción, compresión y flexión y ruptura por fluencia de plásticos" e ISO / IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) 17025, "Requisitos generales para la competencia de calibración y Laboratorios de pruebas ". La fluencia se define en ASTM D2990 como "la deformación progresiva de un material a carga constante (tensión)". Las pruebas de fluencia miden los cambios dimensionales bajo carga constante durante un período de tiempo, trazados a diferentes temperaturas constantes. Las pruebas de ruptura de fluencia se utilizan para estimar el tiempo requerido para la ruptura bajo una carga constante a diferentes temperaturas constantes. ASTM D2990 (ISO 899-1,2) reconoce que los valores de fluencia utilizados en el diseño de ingeniería deben determinarse en condiciones simuladas específicas de la aplicación.
Ensayo de Fluencia Lenta
Los polímeros son materiales viscoelásticos no lineales. Esto implica que un "módulo" para un polímero depende tanto del tiempo como de la tensión o la deformación. Incluso entonces, es útil considerar el material como isotrópico (es decir, las propiedades son las mismas en todas las direcciones dentro del material). Desafortunadamente, esta condición simplificada todavía conduce a la ausencia de una teoría viable integral que describa el comportamiento de deformación de los sistemas poliméricos y, en consecuencia, es necesario utilizar métodos empíricos para describir el "módulo". Sin embargo, existen numerosas simplificaciones adicionales que se pueden hacer en la práctica, particularmente cuando se requiere describir el "módulo" para los polímeros utilizados en aplicaciones de ingeniería de soporte de carga. En consecuencia, es útil desarrollar una comprensión de la fluencia en los polímeros a partir de los conceptos más simples y comprender dónde son precisos y dónde existen las limitaciones. En un sentido práctico, se aplica una carga constante a una muestra con sección transversal uniforme y, por lo tanto, se genera una tensión constante y se mide la deformación dependiente del tiempo a una temperatura de prueba particular.
Fluencia por tracción
Las mediciones de fluencia por tracción se realizan aplicando la carga constante a una muestra de ensayo de tracción y midiendo su extensión en función del tiempo. La medición de la extensión se puede realizar de varias formas diferentes. La forma más sencilla es hacer dos marcas de calibre en la muestra de tracción y medir la distancia entre las marcas en intervalos de tiempo especificados. El porcentaje de deformación por fluencia se determina dividiendo la extensión por la longitud del calibre inicial y multiplicando por 100. El porcentaje de deformación por fluencia se representa en función del tiempo para obtener una curva de fluencia por tracción. Una de esas curvas se ilustra en la Figura 2-23. Los valores de tensión de tracción también se determinan en intervalos de tiempo específicos para facilitar el trazado de una curva tensión-ruptura. Las mediciones más precisas requieren el uso de un medidor de tensión, que es capaz de medir y amplificar pequeños cambios de longitud con el tiempo y trazarlos directamente en un papel gráfico. La Figura 2-24 ilustra una configuración típica para pruebas de fluencia por tracción. La prueba también se lleva a cabo a diferentes niveles de tensión y temperaturas para estudiar su efecto sobre las propiedades de fluencia por tracción.
Fluencia por flexión
Las mediciones de fluencia por flexión también se realizan aplicando una carga constante a la muestra de ensayo de fl exión estándar y midiendo su deflexión en función del tiempo. En la Figura 2-25 se muestra una configuración de prueba típica para medir la fluencia en fl exión. La deflexión de la muestra en el intervalo medio se mide utilizando un indicador de cuadrante. Los medidores de resistencia eléctrica también se pueden usar en lugar de un indicador de cuadrante. Las deflexiones de la muestra se miden en un intervalo de tiempo predeterminado.
Efectos de la tensión y la temperatura en el módulo de fluencia
El módulo de fluencia se ve directamente afectado por el aumento del nivel de tensión y temperatura. Con la excepción de deformaciones extremadamente bajas de alrededor del 1 por ciento o menos, el módulo de fluencia disminuye a medida que aumenta la cantidad de tensión. De manera muy similar, a medida que aumenta la temperatura, el módulo de fluencia disminuye significativamente. Como era de esperar, el efecto combinado de aumentar el nivel de tensión y la temperatura sobre el módulo de fluencia es mucho más severo y no debe pasarse por alto.