Relajación de estrés - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La relajación de la tensión se define como una disminución gradual de la tensión con el tiempo, bajo una deformación constante (deformación). Este comportamiento característico de los polímeros se estudia aplicando una cantidad fija de deformación a una probeta y midiendo la carga necesaria para mantenerla en función del tiempo. Esto contrasta con la medición de la fluencia, donde se aplica una cantidad fija de carga a una muestra y la deformación resultante se mide en función del tiempo. Este fenómeno de fluencia y relajación de tensiones se aclara más y esquemáticamente en la figura. Muchos ingenieros de diseño e investigadores han pasado por alto el comportamiento de relajación de la tensión de los polímeros, en parte porque los datos de fluencia son mucho más fáciles de obtener y están fácilmente disponibles. Sin embargo, muchas aplicaciones prácticas exigen el uso de datos de relajación de la tensión. Por ejemplo, se desea una relajación de la tensión extremadamente baja en el caso de un cierre de botella roscado, que puede estar sometido a una tensión constante durante un período prolongado. Si el material plástico utilizado en los cierres muestra una disminución excesiva de la tensión bajo esta deformación constante, los cierres eventualmente fallarán. Se pueden encontrar problemas similares con los insertos de metal en plásticos moldeados y el uso de resortes en voladizo múltiples o belleville en cámaras, electrodomésticos y máquinas comerciales. Las mediciones de relajación de esfuerzos se pueden realizar utilizando una máquina de ensayo de tracción como la descrita anteriormente en este capítulo. Sin embargo, el uso de una máquina de este tipo no siempre es práctico porque la prueba de relajación de esfuerzo inmoviliza la máquina durante un largo período de tiempo. El equipo para una prueba de relajación de esfuerzo debe ser capaz de medir con precisión un alargamiento muy pequeño, incluso cuando se aplica a altas velocidades. Muchos equipos sofisticados ahora emplean un medidor de tensión o un transformador diferencial junto con un registrador de gráficos capaz de graficar la tensión en función del tiempo. En la figura se representa esquemáticamente una curva típica de esfuerzo - tiempo. Al comienzo del experimento, la tensión se aplica a la muestra a una velocidad constante para lograr el alargamiento deseado. Una vez que la muestra alcanza el alargamiento deseado, la deformación se mantiene constante durante un período de tiempo predeterminado. La disminución del estrés, que se produce debido a la relajación del estrés, se observa en función del tiempo. Si no se dispone de un registrador gráfico, se registran los valores de tensión en diferentes intervalos de tiempo y se grafican los resultados para obtener una curva de tensión en función del tiempo. En la figura 2-36 se muestra una de estas curvas de relajación de tensiones trazada a varios niveles de deformación constante. El experimento de relajación de la tensión se lleva a cabo a menudo a varios niveles de temperatura y tensión. Los datos de tensión obtenidos del experimento de relajación de tensión se pueden convertir en datos de módulo aparente más significativos simplemente dividiendo la tensión en un momento particular por la deformación aplicada. La curva se puede volver a trazar para representar el módulo aparente en función del tiempo. El uso de coordenadas logarítmicas simplifica aún más los datos de relajación de la tensión al permitirnos usar métodos de extrapolación estándar como el que se usa en los experimentos de fluencia.