Prueba de péndulo de torsión - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El comportamiento a temperaturas elevadas de la mayoría de los plásticos está dominado por la temperatura de aparición y el rango de temperatura de la transición vítrea y, en el caso de los plásticos semicristalinos, por el punto de fusión cristalino. La transición vítrea tiene un profundo efecto negativo sobre todas las propiedades mecánicas excepto el impacto, y sobre ciertas propiedades térmicas como el coeficiente de expansión. Por lo tanto, es necesario conocer el comportamiento de transición de los plásticos para comprender sus capacidades a temperaturas elevadas. Este conocimiento se deriva mejor de un gráfico de módulo de temperatura completo, especialmente un módulo dinámico, ya que el comportamiento de temperatura elevada de los plásticos es demasiado complejo y demasiado variado para ser descrito por pruebas simples, como la temperatura de ablandamiento Vicat y la temperatura de deflexión bajo carga. Hoy en día existen muchas técnicas experimentales diferentes para estudiar los efectos de la temperatura elevada sobre las propiedades mecánicas dinámicas de los plásticos. Quizás, la técnica más significativa y simple es la técnica del péndulo de torsión. Con esta técnica, se puede derivar un gráfico del módulo de tiempo corto frente a la temperatura hasta el comienzo de la fusión y la degradación. El aparato utilizado para medir las propiedades dinámicas en una amplia gama de temperaturas es bastante simple. Consiste en una abrazadera rígidamente fijada en un extremo. La abrazadera móvil está unida a un miembro inercial, generalmente un disco o una varilla con un momento de inercia conocido. Se utilizan un transformador diferencial y un registrador de gráficos de banda para registrar el desplazamiento angular en función del tiempo en forma gráfica a medida que la muestra oscila. También se utiliza una cámara aislada, equipada con sistemas de calefacción y refrigeración para facilitar las pruebas en una amplia gama de temperaturas. Sin embargo, dado que el grosor de la muestra influye en los resultados dinámicos, normalmente se especifica. Para realizar la prueba, primero se establece el equilibrio de temperatura en la cámara. La muestra sujeta se pone en oscilación y se miden el período y la tasa de disminución de la amplitud de oscilación. El módulo de corte elástico se calcula a partir de las dimensiones de la muestra, el momento de inercia del miembro móvil y el período del movimiento. Una cantidad conocida como disminución logarítmica se calcula a partir de la tasa de disminución de la amplitud. En la literatura se proporciona un procedimiento detallado para calcular estos valores. Se observa que la disminución logarítmica es una primera derivada aproximada de la curva de temperatura del módulo y, por lo tanto, tiene máximos a las temperaturas a las que el módulo muestra una caída rápida. Esta dramática caída en el módulo indica la temperatura máxima efectiva de carga. El gráfico de módulos de corte elástico frente a temperatura muestra los efectos de la temperatura de transición vítrea. El módulo es muy alto al comienzo de la curva y disminuye muy lentamente a medida que aumenta la temperatura. Cerca de la temperatura de transición vítrea, el módulo disminuye muy rápidamente en un intervalo de temperatura corto. La amortiguación, que se expresa como una disminución logarítmica, se calcula a partir de la velocidad a la que disminuye la amplitud de la oscilación. La gráfica de la disminución logarítmica frente a la temperatura muestra el inicio de la transición. Esta temperatura se considera la temperatura máxima de carga útil. Aunque los ensayos de péndulo de torsión realizados a temperaturas elevadas proporcionan información muy útil sobre las propiedades mecánicas dinámicas de los plásticos, no hay que olvidar que se trata, sin embargo, de un ensayo a corto plazo. Los datos obtenidos de las pruebas de módulo de fluencia y ruptura por fluencia realizadas a temperaturas elevadas deben ser confiables para efectos a largo plazo.