Brittleness
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Temperatura de fragilidad
A bajas temperaturas, todos los plásticos tienden a volverse rígidos y quebradizos. Esto sucede principalmente porque, a temperaturas más bajas, la movilidad de las cadenas de polímero se reduce en gran medida. En el caso de los polímeros amorfos, la rotura por fragilidad se produce a una temperatura muy por debajo de la temperatura de transición vítrea. El polímero tiende a endurecerse a medida que alcanza la temperatura de transición vítrea. Por el contrario, en los polímeros cristalinos, la tenacidad depende principalmente del grado de cristalinidad, que generalmente crea una inflexibilidad molecular que da como resultado solo una resistencia al impacto moderada. El tamaño de la estructura cristalina formada también tiene un efecto significativo sobre la resistencia al impacto del polímero. Cuanto mayor sea la estructura cristalina, menor será la resistencia al impacto. Los polímeros que exhiben falla dúctil generalmente muestran una alta deformación plástica caracterizada por el estiramiento y desgarro del material antes de la fractura. La temperatura de fragilidad se define como la temperatura a la que los plásticos y elastómeros presentan rotura por fragilidad en condiciones de impacto. Otra forma más de definir la temperatura de fragilidad es la temperatura a la que el 50 por ciento de las muestras ensayadas presentan rotura por fragilidad en las condiciones de impacto especificadas. Científicos e ingenieros aplican términos como "fragilidad", "dureza" o "resistencia" para caracterizar la apariencia y el comportamiento mecánico de los materiales. La fragilidad o Ductile-Brittle Transition, describe la propiedad de un material que se fractura cuando se somete a tensión pero tiene una pequeña tendencia a deformarse antes de la ruptura. Los materiales frágiles se caracterizan por poca deformación, poca capacidad para resistir el impacto y la vibración de la carga, alta resistencia a la compresión y baja resistencia a la tracción. La mayoría de los materiales no metálicos inorgánicos son materiales frágiles. La fragilidad es la propiedad del material en virtud de la cual se rompe sin deformación plástica significativa, cuando se somete a tensión. El material frágil absorbe relativamente menos energía antes de la falla. Estos son débiles en tensión pero muy fuertes en carga de compresión. La fragilidad es una propiedad importante considerada en el diseño de productos y en la investigación y desarrollo de materiales.
Punto de fragilidad
Todos los polímeros termoplásticos, al igual que muchos metales, son capaces de sufrir fallas de manera frágil, como vidrios inorgánicos, o de manera dúctil produciendo una deformación plástica permanente. La temperatura a la que se produce esta transición es la temperatura de transición dúctil-frágil. Esta temperatura es claramente de gran importancia para el ingeniero de diseño, pero su valor no es fijo para un polímero dado, sino que varía en función de la velocidad de deformación y la forma y tamaño de las muescas o defectos presentes en el producto polimérico (ver Mecánica de fracturas, Fractura rápida en polímeros, impacto y propagación rápida de grietas). La tensión de fractura frágil también aumenta con la disminución de la temperatura, pero la tasa de aumento es mucho menor. El aumento relativo de la tensión de fractura frágil con la tasa de deformación en comparación con el aumento de la tensión de fluencia tiene, para mayor claridad. La temperatura de fragilidad es la temperatura a la cual el 50% de las muestras analizadas presentan fallas frágiles en condiciones de impacto específicas. La fragilidad se encuentra con polímeros semicristalinos debajo de su transición Tg vidrio-caucho.
Aparatos y procedimientos de prueba
El aparato de prueba consta de una pinza para muestras y un elemento de impacto. La abrazadera para muestras está diseñada para sujetar la muestra firmemente como una viga en voladizo. El probador tiene una herramienta de golpe giratoria que gira a una velocidad lineal constante de 6.5 ± 0.5 pies / seg. Se utiliza un tanque de refrigerante aislante con un agitador incorporado para hacer circular el medio de transferencia de calor. El agitador mantiene el equilibrio de temperatura. Se puede utilizar cualquier tipo de medio de transferencia de calor siempre que permanezca líquido a la temperatura de prueba. Las muestras de ensayo se suelen troquelar a partir de una hoja. Las dimensiones de la muestra son 1 pulg. de largo, 0,25 pulg. de ancho y 0,075 pulg. grueso. El acondicionamiento de la muestra se lleva a cabo de acuerdo con los procedimientos de acondicionamiento estándar. Para realizar la prueba, las muestras se montan de forma segura en una abrazadera para muestras. A continuación, todo el conjunto se sumerge en el refrigerante. Después de la inmersión durante un tiempo especificado a la temperatura de prueba, la herramienta de golpe se gira para entregar un solo golpe de impacto a las muestras. Cada muestra se examina cuidadosamente para detectar fallas. La falla se define como la división de una muestra en dos o más piezas completamente separadas o como cualquier grieta en la muestra que sea visible a simple vista. La temperatura se eleva en incrementos uniformes de 2 o 5°C por prueba y la prueba se repite. Este procedimiento se sigue hasta que se determinan las temperaturas sin falla y todas las fallas.
Procedimiento de prueba
La temperatura de fragilidad se determina, en general, mediante una serie de pruebas de impacto estándar, que se llevan a cabo a diferentes temperaturas; cuando el 50% de las muestras se rompen de manera quebradiza, se alcanza la temperatura de fragilidad. Las muestras se aseguran en el soporte de muestras especificado por el cliente (A o B) con una llave dinamométrica a 5 in-lb. El portamuestras se baja a un baño a una temperatura especificada. Las muestras se impactan a 2000 ± 200 mm / sy luego se examinan. El procedimiento se repite a una temperatura más baja hasta que se generen suficientes datos para determinar una temperatura de fragilidad. La temperatura frágil es la temperatura a la que falla el 50% de las muestras. La falla frágil se define por ASTM D746 como fractura en 2 o más piezas, o cualquier grieta visible a simple vista. Las muestras pueden doblarse en un ángulo de 90° y examinarse en busca de grietas en la curva.
La determinación de la temperatura de transición (temperatura de fragilidad) se lleva a cabo utilizando pruebas estándar como ASTM D 746. En esta prueba se definen tres geometrías de muestra, pero esencialmente la prueba consiste en impactar muestras de -25 mm de largo, - 6 nun de ancho y - 2 rom de espesor con un delantero redondeado que viaja a - 2 ms · '. Las muestras se sujetan por un extremo y se produce el impacto: a 8 mm de la pinza. Se prueban 10 muestras a una temperatura fija y la temperatura se modifica en pasos de temperatura (apropiados para el polímero) para cubrir un rango de temperaturas en el que todas las muestras fallan a una para la cual no se registran fallas. A partir de un gráfico del porcentaje de falla frente a la temperatura, la temperatura de fragilidad se cita como la temperatura de falla del 50%. Las pruebas como el procedimiento de ASTM descrito anteriormente, por supuesto, solo proporcionarán una guía de la temperatura mínima a la que se puede usar un polímero en particular sin peligro de fractura por fragilidad, ya que la temperatura de transición real depende críticamente de la presencia de fallas y grietas y la deformación. tasas experimentadas.
Normas ; ASTM D746, ISO 974