Relajación de estrés
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Stress relaxion
La relajación del estrés ocurre cuando un material polimérico bajo estrés se mantiene a una deformación constante y consiste en disminuir el esfuerzo con el tiempo. En relajación del estrés, la muestra se extiende rápidamente (idealmente, instantáneamente) en una cierta cantidad y el estrés requerido para mantener este esfuerzo constante se mide en función del tiempo. El esfuerzo necesario para mantener la deformación constante en el tiempo. Cuando este esfuerzo se divide por un esfuerzo constante, la relación resultante es el módulo de relajación (Er (t, T), que es una función tanto del tiempo como de la temperatura.La causa de la relajación del estrés es que se produce un flujo viscoso en la estructura interna del material polimérico, es decir, las cadenas de polímero se deslizan lentamente una sobre la otra, se rompen y reconstituyen los enlaces secundarios entre las cadenas, las cadenas se desenredan y se rebobinan mecánicamente. La relajación del esfuerzo permite que el material alcance espontáneamente un estado de menos energía, si la energía de activación es suficiente para que el proceso tenga lugar. La relajación de la tensión de los materiales poliméricos depende de la temperatura y se asocia con una energía de activación. La velocidad a la que se produce la relajación del estrés depende del tiempo de relajación τ, que es una propiedad del material y se define como el tiempo requerido para que el esfuerzo disminuya a 0.37 (1 / e) del esfuerzo inicial.
Prueba de ajuste de compresión
En las pruebas de deformación por compresión, predomina la degradación térmica, ya que las piezas de prueba son considerablemente gruesas y están protegidas en ambos lados por placas de compresión. Esto deja solo una pequeña superficie expuesta al aire. La reticulación adicional es una reacción importante durante las primeras horas y días, mientras que en las pruebas a largo plazo predominan las reacciones de degradación. Para controlar el grado de vulcanización del caucho, se utiliza una prueba de compresión de 24 horas. Las pruebas de relajación de estrés son muy efectivas para realizar pruebas de envejecimiento, ya que se obtienen cantidades sustanciales de información con poco esfuerzo, especialmente cuando se utiliza el sistema de medición continua. La disminución de la tensión de los componentes poliméricos bajo tensión de compresión constante se conoce como relajación por tensión de compresión. Esta prueba mide la fuerza de sellado ejercida por un sello o junta tórica bajo compresión entre dos placas. Proporciona información definitiva para la predicción de la vida útil de los materiales midiendo la caída de la fuerza de sellado de una muestra en función del tiempo, la temperatura y el entorno.
Prueba de relajación de estrés
Las pruebas de relajación de tensión en materiales de caucho se han vuelto muy populares para determinar las propiedades del caucho. Inicialmente, las pruebas de relajación de esfuerzos se utilizaron predominantemente en proyectos científicos en universidades, pero a lo largo de los años ha ganado popularidad en aplicaciones industriales, principalmente debido a la introducción de pruebas de relajación de esfuerzos en diferentes estándares de productos, como anillos de sellado para tuberías y en especificaciones en la industria automotriz. La relajación de la tensión es el comportamiento del caucho en el que, si se aplica una deformación constante al caucho, la fuerza necesaria para mantener esa deformación no es constante, sino que disminuye con el tiempo. El proceso responsable de la relajación del estrés puede ser de naturaleza química o física y, en todas las condiciones normales, ambos tipos de procesos se producirán simultáneamente. Sin embargo, a temperaturas bajas o normales, y / o durante un período corto de tiempo, la relajación del estrés está dominada por procesos físicos, mientras que durante períodos prolongados o altas temperaturas, predominan los procesos químicos. El factor clave para lograr una buena reproducibilidad y repetibilidad mientras se realiza la prueba de relajación de esfuerzos es mantener constantes la temperatura y la compresión durante todas las mediciones. Existen principalmente dos formas diferentes de probar la relajación del estrés, incluida la continua y la discontinua. Una ventaja de las pruebas continuas es que requiere mucho menos tiempo de trabajo del operador.
¿Qué sucede en el material de goma probado?
En un material de goma, probado durante un tiempo, se pueden observar un cambiamento físico, debido a la reubicación de las cadenas moleculares y los rellenos, cuando se somete a deformación. La mayor parte de la relajación física ocurre durante los primeros momentos después de una deformación. Hay una degradación térmica, debido al aumento de los movimientos de las cadenas moleculares a mayor temperatura, lo que provoca la escisión de la cadena y tambien in degradación oxidativa que provoca la escisión de la cadena debido a la oxidación. Todos los procesos anteriores causan una reducción en la fuerza de contraataque cuando se realizan pruebas de relajación.
Enlace cruzado
El enlace cruzado puede continuar en un material de goma, dependiendo del sistema de curado y del estado de curado. Siempre quedan algunos restos de agente de curado y, en el caso de las curas de azufre, los enlaces cruzados de polisulfuro pueden romperse y formar nuevos enlaces cruzados en el material probado. Cuando se realizan pruebas continuas de relajación del estrés, se considera que los nuevos enlaces cruzados formados no causan ningún estrés nuevo. Sin embargo, la reticulación se mostrará si se prueba la relajación del estrés intermitente, que de hecho mide el cambio en la rigidez del material. La reticulación también se mostrará claramente al hacer pruebas de compresión, ya que las nuevas reticulaciones formadas en el estado deformado impedirán que el caucho se recupere.
Principio de funcionamiento
El aparato de prueba utilizado para las mediciones de relajación por esfuerzo de compresión es el dispositivo Wykeham Farrance. El dispositivo mide con precisión la contrafuerza ejercida por una muestra mantenida a tensión constante entre dos placas de acero inoxidable dentro de la plantilla de compresión durante un período de tiempo.
Beneficios y aplicaciones de la prueba
- El envejecimiento bajo compresión se puede lograr en una amplia variedad de medios
- Se parece más a las aplicaciones de uso final que la prueba tradicional del conjunto de compresión
- Herramienta esencial en el diagnóstico de problemas y análisis de fallas
- Herramienta de cribado valiosa con respecto a nuevos compuestos para juntas, sellos y juntas tóricas
Norma ISO 3384/1
La norma ISO 3384-1 incluye dos métodos A y B que ambos se pueden usar en aire o líquidos. Las piezas de prueba son un disco cilíndrico de diámetro 13 mm, altura 6,3 mm o un anillo con sección transversal cuadrada de 2 x 2 mm y DI 15 mm. En el método A, se aplica la compresión y todas las mediciones de contrafuerza se realizan a la temperatura de prueba. En el método B, se aplica la compresión y todas las mediciones de contrafuerza se realizan a la temperatura estándar de laboratorio (23°C). Las piezas de prueba se almacenan a la temperatura de prueba.
Norma ISO 3384-2
Es la segunda parte que describe pruebas con ciclos de temperatura.
Norma ISO 6914
Describe las pruebas de relajación del estrés en tensión. Esto puede hacerse por dos métodos, ya sea en muestras estiradas continuamente o en muestras estiradas intermitentes. La pieza de prueba es una tira de 1 mm de espesor alargada al 50%.
Keywords : Stress Relaxation, Probador de Relajación de Estrés, Rilassamento dello sforzo
Normas; ISO 3384, ISO 6914, ASTM D6147
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 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.
Pruebas de relajación de tensión para materiales de caucho
Durante el envejecimiento, los cambios en el caucho se pueden estudiar mediante pruebas de una variedad de propiedades. Dos pruebas comúnmente utilizadas son una prueba de relajación de tensión y una prueba de conjunto de compresión.
Prueba de conjunto por compresión
En las pruebas de conjunto por compresión, la degradación térmica es dominante, ya que las piezas de prueba son considerablemente gruesas y están protegidas en ambos lados por placas de compresión. Esto deja solo una pequeña superficie expuesta al aire. La reticulación adicional es una reacción importante durante las primeras horas y días, mientras que en las pruebas a largo plazo dominan las reacciones de degradación. Para monitorear el grado de vulcanización del caucho, se utiliza una prueba de compresión de 24 horas. Prueba de relajación de tensión Las pruebas de relajación de tensión en materiales de caucho se han vuelto muy populares para determinar las propiedades del caucho. Al principio, las pruebas de relajación de tensiones se usaban predominantemente en proyectos científicos en universidades, pero con los años ha ganado popularidad en aplicaciones industriales, principalmente debido a la introducción de pruebas de relajación de tensiones en diferentes estándares de productos, como anillos de sellado para tuberías y en especificaciones en la industria automotriz. La relajación de la tensión es el comportamiento del caucho en el que, si se aplica una tensión constante al caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo. El proceso responsable de la relajación del estrés puede ser de naturaleza química o física y, en todas las condiciones normales, ambos tipos de procesos ocurrirán simultáneamente. Sin embargo, a temperaturas bajas o normales, y/o durante un período breve, la relajación de la tensión está dominada por procesos físicos, mientras que durante períodos prolongados o temperaturas elevadas, predominan los procesos químicos. El factor clave para lograr una buena reproducibilidad y repetibilidad al realizar la prueba de relajación de tensión es mantener la temperatura y la compresión constantes durante todas las mediciones. Existen principalmente dos formas diferentes de probar la relajación de la tensión, incluida la continua y la discontinua. Una ventaja de las pruebas continuas es que requiere mucho menos tiempo de trabajo por parte del operador. Simplificando, puede describir una prueba continua como una prueba que comienza y luego no tiene que pensar hasta que finaliza el tiempo de prueba. La misma descripción simplificada de una prueba discontinua sería que realiza una medición manual de la fuerza, guarda el equipo de prueba para el envejecimiento; en determinados intervalos de tiempo haces que tu rig/jig realice una nueva medición manual y lo vuelves a colocar, y esto continuará durante todo el tiempo de prueba. Puede obtener los mismos resultados de ambas formas de prueba. Un resumen podría ser que llevará mucho menos tiempo usar el sistema de prueba continua, y dado que también permite la posibilidad de observar cualquier punto elegido durante el tiempo de la prueba, tiene algunas ventajas en comparación a la prueba discontinua que requiere mucho trabajo manual.
Pruebas continuas de relajación de tensión
Menos trabajo manual, la medición continuará durante toda la prueba después de que se inicie. Registro automático y continuo, lo que significa que, si se desea, es posible obtener valores medidos desde cualquier punto de la prueba una vez finalizada. Ningún movimiento físico de los equipos de perforación después de iniciada la prueba. La mayoría de los clientes de Elastocon en todo el mundo solicitan este tipo de pruebas; varias grandes empresas lo tienen en su estándar de empresa. Posibilidad de ejecutar automáticamente pruebas según ISO 3384-1, ISO 3384-2, así como ISO 6914 y otras normas técnicas equivalentes. Es posible ejecutar pruebas automáticamente con temperatura estable o temperatura cíclica. Prueba ya sea en compresión o tensión, aire o líquido. Ensayo automático según ISO 3384-1 método B con horno programable. Ensayos cíclicos según ISO 3384-2 en intervalo de temperatura -40 a + 250°C.
Prueba discontinua de relajación de tensión
Más trabajo manual, es necesario realizar manualmente las mediciones en ciertos puntos durante el período de prueba. No se guardan datos adicionales, solo las medidas tomadas manualmente. No es posible agregar puntos de evaluación adicionales una vez finalizada la prueba. Cada vez que se realiza una medición se mueve el rig, y se comprueba que cada vez que se mueve un rig el resultado se verá afectado por la vibración que se produce al mover el rig de prueba. Menos clientes solicitan este tipo de prueba; está dentro de los estándares internos de algunas grandes empresas. No es posible realizar pruebas automáticas; requiere mucho trabajo manual. La temperatura no será estable durante toda la prueba; las mediciones, por defecto, se realizarán a temperatura ambiente (también se pueden realizar dentro de una cámara de temperatura especial). Prueba en compresión, aire o líquido (el líquido puede ensuciar bastante durante las mediciones).