Falla por fluencia de plásticos
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Falla por fluencia de plásticos
Cuando se aplica una tensión constante a un plástico, este cambiará gradualmente de tamaño debido al efecto de fluencia. Claramente, el material no puede continuar indefinidamente para agrandarse y eventualmente se producirá una fractura. Este comportamiento se conoce como ruptura de fluencia, aunque ocasionalmente se utiliza el término menos aceptable (para los ingenieros) de fatiga estática. El tiempo necesario para que el material se fracture dependerá del nivel de tensión, la temperatura ambiente, el tipo de entorno, la geometría del componente, la estructura molecular, el método de fabricación, etc. En la mayoría de los propósitos prácticos, la resistencia del material puede considerarse infinita. Por otro lado, con tensiones elevadas, es probable que el material falle poco después de aplicar la tensión. El mecanismo de falla dependiente del tiempo en materiales poliméricos no se comprende completamente y es objeto de mucha investigación actual. En los términos más simples, se puede considerar que a medida que el material se desliza, la tensión en algún punto del material se vuelve lo suficientemente alta como para provocar que se desarrolle una microfisura, pero que no se propague catastróficamente. La tensión en la sección no rota restante del material se incrementará en una pequeña cantidad. Esto provoca un crecimiento estable adicional de la microfisura de modo que durante un período de tiempo los efectos combinados de fluencia y crecimiento estable de la fisura provocan una acumulación de tensión verdadera en el material. Finalmente, se alcanza una etapa en la que la tensión localizada en la grieta alcanza un valor que la sección transversal restante del material no puede sostener. En este punto, la grieta se propaga rápidamente por toda la sección transversal del material. Los datos de ruptura por fluencia se presentan generalmente como tensión estática aplicada, tr, frente al logaritmo del tiempo hasta la fractura.
Si la fractura está precedida de fenómenos como agrietamiento, blanqueamiento y/o estrangulamiento, es habitual indicar en las características de ruptura por fluencia la etapa en la que se observaron por primera vez. La aparición de agrietamiento o blanqueamiento no es necesariamente un signo de que la fractura sea inminente. En muchos casos, el material puede continuar sosteniendo la carga aplicada durante semanas, meses o incluso años después de que se observan estos fenómenos. Sin embargo, no hay duda de que cuando un componente de soporte de carga comienza a agrietarse o blanquearse, puede ser desconcertante y, por lo tanto, es muy probable que se ponga fuera de servicio en este momento. Por esta razón, a veces es preferible utilizar el término Falla por fluencia en lugar de ruptura por fluencia porque se puede haber considerado que el material ha fallado antes de fracturarse. Los datos isométricos de las curvas de fluencia también pueden superponerse a los datos de ruptura por fluencia para dar una indicación de las magnitudes de las deformaciones involucradas. La mayoría de los plásticos se comportan de manera dúctil bajo la acción de una carga constante. Las excepciones más notables son el poliestireno, el acrílico de grado de moldeo por inyección y el nailon con relleno de vidrio. Sin embargo, incluso aquellos materiales que son dúctiles en tiempos cortos tienden a volverse quebradizos en tiempos prolongados. Esto puede ocasionar dificultades en la extrapolación de pruebas a corto plazo. Este problema ha salido a la luz en los últimos años con la inesperada fractura frágil de las tuberías de polietileno después de muchos años de estar sometidas a presiones moderadas. Sobre esta base, la British Standards Institution ha dado las siguientes tensiones como valores de diseño para el uso a largo plazo de plásticos. Otros factores que promueven la fragilidad son las discontinuidades geométricas (concentraciones de tensión) y los entornos agresivos que pueden causar ESC. La absorción de fluidos en plásticos (por ejemplo, agua en nailon) también puede afectar sus características de ruptura por fluencia, por lo que se debe buscar asesoramiento cuando se prevea que esto pueda ocurrir. En la mayoría de los casos en los que la falla es dúctil, las curvas isométricas son aproximadamente paralelas a la curva de fractura, lo que sugiere que este tipo de falla está dominada principalmente por la deformación. Sin embargo, la línea de fractura quebradiza atraviesa las líneas isométricas. También se puede ver que el blanqueamiento o el agrietamiento se producen en tensiones más bajas cuando el estrés es bajo.