Degradación mecánica
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Degradación mecánica
El agrietamiento por corrosión bajo tensión, también conocido como agrietamiento por tensión ambiental, es un problema causado cuando los polímeros se exponen a ciertas sustancias ya sea bajo tensión externa o tensiones formadas como resultado de tensiones residuales internas causadas por el procesamiento. El sello distintivo de este efecto es que la formación y el crecimiento de grietas no tienen lugar en ausencia de la sustancia corrosiva o el medio ambiente. Un ejemplo son las grietas que se forman en el interior de las tuberías de polietileno que transportan suministros de agua clorada. Los disolventes orgánicos como acetona, tolueno, acetato de etilo, etc.son muy propensos a causar grietas por corrosión, pero solo mediante pruebas se puede establecer qué productos se verán afectados, ya que una moldura 'buena' con muy poca tensión residual puede no sufrir mientras que una 'mala' 'el moldeado puede ser atacado fácilmente. Las uniones más sometidas a tensiones, las que se encuentran en las puntas de las grietas, son las que tienen más probabilidades de reaccionar y, por lo tanto, se produce un mayor crecimiento de grietas con el consiguiente aumento de la tensión en la punta de la grieta (consulte Mecánica de la fractura). Esto puede resultar en la falla de un componente si la grieta crece lo suficiente como para crecer espontáneamente bajo las condiciones de tensión aplicadas. Las reacciones de ruptura de cadena se pueden dar por acciones mecánicas bien durante el procesado o el servicio del material. Durante el servicio de polímeros de alta masa molecular o orientadas se puede dar la ruptura de enlaces primarios bajo condiciones de fatiga dando lugar al fallo. Otro de los factoresdeterminantes en el deterioro de algunos tipos de plástico es la presencia de catalizadores, tales c omo elementos metálicos que presente la pieza (por ejemplo, tornillos, mangos metálicos, grapas, bisagras) o impurezas que puedan haber quedado atrapadas en el polímero durante el proceso de moldeo. Las fisuras y deformaciones, otro de los deterioros característicos en la degradación de los plásticos, pueden estar provocadas por tensiones mecánicas aplicadas sobre los objetos en su manipulación o bien por la tensión residual de moldeo generada durante el proceso de manufactura. Se sabe que las condiciones durante las que se lleva a cabo el procesado del polímero afectan a su futura estabilidad, y la degradación puede iniciarse en el mismo momento del calentamiento necesario para procesar o moldear el material. También durante la preparación de algunos polímeros se emplean sustancias que pueden comprometer su estabilidad.
Consecuencias del proceso de degradación mecánica de los materiales poliméricos
El primer efecto de la tensión en el material es la modificación de su estructura inicial. El material responde a la tensión debilitando las fuerzas de interacción tanto inter como intra moleculares de las cadenas. Si en el sistema hay enlaces de hidrógeno o existe otro tipo de fuerzas iónicas de interacción, éstas se verán disminuidas o eliminadas y como consecuencia se modifica la conformación de las cadenas y su disposición relativa. Si se sigue aumentando la tensión a la que se somete al material, el siguiente efecto sobre la estructura macromolecular es la distorsión de los ángulos de enlace y un aumento de las distancias intermoleculares. Aumentos mayores de la tensión producen la rotura de enlaces químicos. Por lo tanto, la degradación mecánica consiste en la rotura de enlaces covalentes. Es preciso destacar que los materiales que se encuentran deformados son más susceptibles a cualquier tipo de agente. Los cauchos bajo tensión, por ejemplo, son más susceptibles a la oxidación. Igualmente, los materiales bajo tensión son más susceptibles al ataque del ozono. Muchos polímeros de condensación sufren procesos de hidrólisis activados mecánicamente, por lo que hay que tener en cuenta que los materiales bajo tensión son más susceptibles de sufrir cualquier reacción de degradación. Experimentalmente, se ha comprobado dos hechos: a) Las cadenas más largas siempre son más susceptibles de romperse y b) Se observa cómo por debajo de una tensión determinada no se reduce el peso molecular. Las tensiones mecánicas aumentan la actividad química de los enlaces, lo que facilita la reacciones químicas. Los cauchos tensionados, por ejemplo, se oxidan más fácilmente que los cauchos en reposo, incluso en casos en que no se aprecia la presencia de radicales libres. El oxígeno reacciona más fácilmente con las cadenas activadas por la tensión. Lo mismo ocurre con los materiales que están sometidos a fatiga. Toda cadena lineal de un polímero sometido a fatiga sufre una acción de estiramiento que provoca un aumento en los ángulos de enlace y de las distancias entre átomos. En términos de energía se traduce en un aumento de la energía almacenada por el material. Esta energía potencial se distribuye de alguna forma entre las cadenas poliméricas y los reactivos presentes en el medio lo que aumenta la probabilidad de que se dé la reacción entre ellos.