Tubos y cables ASTM D1248
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Tubos y cables ASTM D1248
Tubos y cables ASTM D1248
Los cables hechos de polietileno de alta densidad (HDPE) tienen un porcentaje de cristalinidad relativamente alto y, por lo tanto, son motivo de preocupación con respecto al agrietamiento por tensión. La resistencia al agrietamiento por tensión (SCR) de las geomembranas de HDPE debe evaluarse adecuadamente y especificarse en consecuencia Fenómenos de agrietamiento por tensión Cuando los polímeros semicristalinos se deforman a temperatura ambiente, tienden a ser relativamente duros y sufren una deformación plástica considerable antes de romperse. El polietileno de densidad media (HDPE) exhibe un alargamiento de rotura de al menos 500%. Sin embargo, este tipo de polímero también puede fallar de manera frágil, lo que se conoce como agrietamiento por tensión. El agrietamiento por tensión se define en ASTM D 883 como `una ruptura externa o interna en un plástico causada por un esfuerzo de tracción menor que su resistencia mecánica a corto plazo. La transición de falla dúctil a frágil requiere conocimiento del nivel de tensión, factor de concentración de tensión, temperatura y entorno circundante. Sin embargo, el factor determinante fundamental son las características del polímero, entre las cuales la cristalinidad y el peso molecular son los más importantes. Se han clasificado como propagación rápida de grietas (RCP) y crecimiento lento de grietas (SCG). La RCP está asociada con grietas que se producen a velocidades extremadamente altas, generalmente superiores a 300 m/seg, y temperaturas bajo cero. La extensión del agrietamiento puede ser de más de cientos de metros de longitud, en contraste, el SCG ocurre a velocidades menores a 0.1 m/seg. as longitudes de las grietas pueden ser inicialmente bastante cortas pero pueden crecer con el tiempo. Eventualmente, la extensión del agrietamiento puede conducir a una fuga excesiva en el sistema, anulando la función de diseño de la geomembrana. El enfoque de este artículo está en el mecanismo SCR, aunque en algunos casos de campo también se observó RCP. La SCG de polímeros semicristalinos tiene lugar rompiendo las moléculas de enlace interlaminar en la fase amorfa. El número de moléculas de enlace aumenta con el peso molecular, pero disminuye a medida que aumenta la cristalinidad. Debido a la estructura molecular lineal simplista del polietileno, se puede lograr una cristalinidad relativamente alta en comparación con otros polímeros. (La densidad del polímero es directamente proporcional a la cristalinidad). Para producir polietileno con diferentes rangos de densidad, se agregan comonómeros para disminuir la densidad. Se ha descubierto que el tipo y la cantidad de comonómero también pueden influir en la SCR del material.
Agrietamiento por tensión ambiental y ESCR
Introducción al agrietamiento por tensión ambiental y ESCR Durante la última década, los materiales de polietileno de alta densidad (HDPE) han mejorado significativamente y ahora cumplen con estándares de desempeño más estrictos. Algunas pruebas de evaluación del rendimiento que antes solo tomaban días para ejecutarse, ahora toman meses con las resinas actuales. Uno de esos criterios de rendimiento es la resistencia al agrietamiento por estrés ambiental (ESCR). Debido a que los métodos de prueba estándar para medir la ESCR en plásticos llevan tanto tiempo (a veces meses), la calidad del material se considera aceptable si el tiempo de falla excede un cierto límite. Muchas veces, la prueba se termina antes de que se determine un tiempo absoluto de fractura. Debido a estos largos tiempos de prueba, se han desarrollado nuevas pruebas y estándares para diferenciar estos materiales mejorados más fácilmente. Esta publicación técnica define el agrietamiento por estrés ambiental (ESC) y la resistencia al agrietamiento por estrés ambiental (ESCR) y por qué ESCR es una propiedad importante de la resina. También describirá algunas de las pruebas utilizadas para medir la ESCR en productos de HDPE y cómo las propiedades de la resina influyen en la ESCR. ¿Qué es el agrietamiento por estrés ambiental y los DESC? La definición de fisuración por tensión según ASTM D 883 es "una fisura externa o interna en un plástico causada por tensiones de tracción menores que su resistencia mecánica a corto plazo". Este tipo de agrietamiento generalmente implica un agrietamiento frágil, con poco o ningún estiramiento dúctil del material polimérico de sus superficies adyacentes de falla. El crecimiento lento de grietas es otro término comúnmente utilizado para describir el agrietamiento por tensión. El tipo más conocido de crecimiento lento de grietas en las poliolefinas es el "agrietamiento por tensión ambiental" o ESC. Estos son casos que involucran el agrietamiento de muestras de poliolefina estresadas, generalmente en presencia de agentes humectantes tensioactivos tales como alcoholes, jabones, tensioactivos u otros. Los agentes tensioactivos no atacan químicamente al polímero ni producen ningún efecto distinto a las fracturas microscópicas de apariencia frágil. En ausencia del entorno tensioactivo, estas fracturas no se producirían en un período de tiempo razonable bajo las mismas condiciones de tensión. Generalmente se piensa que estas grietas se inician en imperfecciones microscópicas y se propagan a través de las regiones cristalinas de la estructura del polímero. La capacidad de un polímero para resistir el crecimiento lento de grietas o el agrietamiento por tensión ambiental se conoce como ESCR. Los diferentes polímeros exhiben diversos grados de ESCR. Algunos grados de HDPE tienen muy buena resistencia contra ESC, mientras que otros tienen una resiliencia marginal. Algunos polímeros, como el polipropileno, no se ven afectados por el lento crecimiento de grietas. Por qué es importante la ESCR Debido a que el agrietamiento por tensión da como resultado la ruptura o falla de un material plástico, una pieza de plástico debe soportar toda su vida útil antes de fallar. Para el polietileno, esto puede variar desde varios meses para una botella de leche o jugo hasta varias décadas para un tanque de combustible automotriz o una tubería de gas natural. A fines de la década de 1940, Western Electric estaba encontrando grietas ocasionales en el polietileno de baja densidad utilizado para revestir cables. Se le pidió a Bell Labs que investigara las grietas y encontraron que la causa eran los jabones lubricantes utilizados durante la instalación. A través de esta investigación, nació la prueba ESCR de Bell Labs Bent Strip y se convirtió en la primera prueba ESCR. Cómo se mide la ESCR o la resistencia al crecimiento lento de grietas. Como los materiales han mejorado a lo largo de los años, el término "resistencia al crecimiento lento de grietas (SCG)" se ha utilizado para identificar todos los diversos métodos de prueba de ESCR que se describen a continuación. La prueba SCG más utilizada y más antigua es la prueba ESCR de tira doblada. Debido a las limitaciones del método ESCR Bent Strip, se han desarrollado varias pruebas ESCR alternativas para su uso en los Estados Unidos y Europa. Estos incluyen PENT y NCTL en los Estados Unidos y FNCT en Europa. Todos se explican a continuación. ASTM D 1693 - Prueba ESCR de tira doblada Desarrollada por Bell Labs a fines de la década de 1940, esta es una de las pruebas ESCR originales y más conocidas. Se cortan diez muestras de forma rectangular de una placa moldeada preparada con métodos estándar. Se corta horizontalmente una muesca controlada a lo largo de cada muestra, que sirve como punto de inicio de la grieta. Las muestras se doblan y se insertan en un soporte en forma de "C", creando una tensión en la muestra. Las muestras y el soporte se insertan en un tubo lleno de solución. Luego, el tubo se coloca en un ambiente calentado y se inspecciona periódicamente para detectar grietas (fallas). La concentración de la solución, la temperatura ambiente y las dimensiones de la muestra varían con la condición de prueba especificada. Estas diversas condiciones de prueba introducen diferentes tensiones y deformaciones y permiten probar diferentes polímeros y aún así obtener resultados de manera oportuna.Hoy en día, esta prueba se especifica con menos frecuencia porque no es tan agresiva con las resinas modernas. La prueba de la tira doblada es una prueba de tensión constante, pero el polietileno se relaja cuando se tensa. Esta relajación de la tensión permite que las pruebas se ejecuten sin fallas durante periodos muy largos (> 1.500 horas).
Principales variables que afectan la ESCR en polietileno
Las principales variables que afectan la ESCR en polietilenos incluyen peso molecular, distribución de peso molecular, ramificación de cadena (medida indirectamente por densidad) y condiciones de prueba de ESCR (es decir, concentración de reactivo, temperatura, estrés). En general, la resistencia al crecimiento lento de grietas (ESCR) disminuye a medida que aumenta la cristalinidad de un material. La fractura por peso molecular se refiere a la falla prematura de las propiedades de resistencia de los materiales afectados. En los polímeros, la resistencia depende en gran medida del peso molecular. A medida que disminuye el índice de fusión de un polímero, aumenta el peso molecular medio. Esto significa que las cadenas del polímero contienen en promedio más moléculas. También significa que las proporciones más altas de cadenas son largas en comparación con el número total de cadenas presentes. En igualdad de condiciones, la resistencia al agrietamiento por tensión del polietileno mejora a medida que aumenta el peso molecular (el índice de fusión disminuye). Distribución de peso molecular (MWD) En general, los polietilenos de distribución de peso molecular "estrecha" tienen valores de ESCR más bajos que los polímeros de distribución de peso molecular "más amplia", en igualdad de condiciones. Sin embargo, esta generalización debe considerarse con cautela porque una gran cantidad de otros factores, incluido el tipo de catalizador y la distribución de los comonómeros, tienen mayores grados de influencia en la ESCR que la MWD. La ramificación de la cadena y / o la densidad ESCR está directamente influenciada por el tipo, la longitud y la complejidad de la ramificación de la cadena. Para los polietilenos, la densidad es una medida conveniente, si no totalmente precisa, de la ramificación de cadena corta. Como regla general, a medida que aumenta la ramificación, también lo hace la ESCR. Por lo tanto, a medida que disminuye la densidad, los DESC generalmente aumentan. La ESCR parece ser particularmente sensible a variaciones sutiles en la estructura cristalina y, por lo tanto, a diferencias en la ramificación de cadena corta. Por ejemplo, se ha demostrado experimentalmente que, en igualdad de condiciones, los copolímeros de hexeno generalmente tienen valores de ESCR más altos que los copolímeros de buteno. Concentración del reactivo de agrietamiento por tensión En el caso del reactivo de agrietamiento por tensión más utilizado, a medida que aumenta la concentración de agua en el medio de agrietamiento por tensión, más rápido comienza la ESC. Este hecho se ha utilizado para acelerar la ESCR según lo medido por ASTM D1693, o prueba ESCR de “tira doblada”. Empleada con mayor frecuencia como prueba de control de calidad “pasa/no pasa”, el tiempo que transcurre hasta la falla se vuelve excesivo para muchos materiales. Se sustituyó por una solución al 10% en volumen más agresiva para provocar un fallo más rápido. Temperatura del entorno de prueba de ESCR Se ha demostrado que cuanto más alta es la temperatura del ambiente de prueba, más rápido comienza el ESC. Al igual que la concentración de reactivo, este hecho se ha utilizado para acelerar las pruebas de ESCR para todas las pruebas que se analizan en este documento. Estrés ESCR La carga que se coloca en las muestras de prueba que se someten a la prueba ESCR también juega un papel en el tiempo de falla. Las cargas más altas imparten mayores tensiones en la muestra de prueba y conducen a tiempos de falla más cortos.
Aparato de agrietamiento por estrés ambiental (ASTM D 1693)
ASTM D2303 - Probador de seguimiento y erosión de plano inclinado
¿Qué es la prueba de materiales aislados ASTM D2303?
La prueba ASTM D2303 es un tipo de método de prueba diseñado para examinar la contaminación líquida, el seguimiento del plano inclinado y la resistencia a la erosión de los materiales. Los tipos únicos de materiales pueden diferir según sus respuestas a diferentes voltajes y entornos. Como resultado, utilizamos métodos de prueba ASTM D2303 que tienen en cuenta estas respuestas únicas. También ajustamos nuestros procesos en función de los desafíos específicos que los materiales pueden enfrentar en entornos industriales severos.
Los procedimientos utilizados en la prueba estándar de materiales incluyen los métodos de "voltaje variable" y "tiempo de seguimiento" para la evaluación del seguimiento. Además, la prueba incluye el uso de soluciones contaminantes especializadas para evaluar la resistencia a la erosión. Los datos de estas evaluaciones ayudarán a determinar la calidad y durabilidad de sus materiales de aislamiento para que pueda usarlos para las aplicaciones adecuadas. El sistema de prueba proporciona un sistema de prueba seguro y simplificado para el desempeño de ASTM D2303 - Seguimiento y erosión de plano inclinado (también en cumplimiento con la norma de prueba IEC 60587). Este sistema de prueba es capaz de realizar una o más pruebas a la vez y elimina la necesidad de un monitoreo constante de muestras con detección automática de viajes. El probador de seguimiento cubre la evaluación relativa del seguimiento y la resistencia a la erosión de los sólidos aislantes que utilizan el líquido-contaminante. Diseñado para minimizar los costos de operación y mantenimiento, el equipo de prueba LEC-2303 es perfecto para los laboratorios de evaluación de materiales aislantes.
Designación estándar e identificación de materiales de polietileno
Los sistemas de tubería de polietileno de alta densidad habían sido identificados durante muchos años por un código de designación de material definido en el ASTM D1248 titulado “Materiales Plásticos de Polietileno Moldeados y Extruidos”. El código consiste en 2 letras, PE que significa polietileno (polyethilene), y cuatro números arábigos. Originalmente el primer número designaba el tipo de polietileno, por ejemplo tipo I, II o III que identifica al material como baja, mediana o alta densidad. El segundo número designa el grado, el cual identifica al polietileno entre otros como resistente a químicos. Los últimos dos números del código representan la presión hidrostática de diseño a 23°C. De esta forma una tubería de polietileno designada como PE 3408 era un producto de alta densidad (tipo III), grado 3 con una presión de diseño de 800 PSI. En años pasados la norma ASTM D 1248 fue revisada durante varias veces con el objeto de adecuarse correctamente a las necesidades de la industria, así el código de designación cambio. En la norma actualizada la tubería de polietileno de alta densidad esta definida por:
Tipo: Identificación por densidad nominal (g/cm3)
Tipo I (0.910 a 0.925) Baja Densidad.
Tipo II (0.926 a 0.940) Mediana Densidad.
Tipo III (0.941 a 0.959) Alta Densidad.
Tipo IV (0.960 hacia arriba) Alta Densidad.
Tipo II (0.926 a 0.940) Mediana Densidad.
Tipo III (0.941 a 0.959) Alta Densidad.
Tipo IV (0.960 hacia arriba) Alta Densidad.
Nota: La densidad mostrada es para tubería incolora. El tipo III y IV se sigue describiendo como alta densidad.
Clase: Identificación por composición
Clase A – Únicamente color natural.
Clase B – Colores, incluyendo blanca y negra.
Clase C – Negra (resistente a al intemperie) contiene 2% o más de negro humo.
Categoría:Identificación de valor nominal de flujo (g/10 min a 190°C, 2160 g de carga)
1 > 25
2 > 10 a 25
3 > 1.0 a 10
4 > 0.4 a 1.0
5 – 0.4 máx
Material tipico : HDPE de HMW
Las resinas de polietileno de alta densidad (HDPE) de alto peso molecular (HMW) con índices de fusión muy bajos (MI que van desde 0,03 a 0,1 dg / min) y distribuciones de peso molecular multimodales muy amplias proporcionan una alta resistencia a la fusión y excelentes propiedades de impacto. Estas características, junto con la alta resistencia a la tracción, hacen de HMW HDPE la resina de elección cuando se producen películas muy delgadas para transportar cargas pesadas, lo que es requerido por las bolsas para llevar al por menor y los revestimientos para latas institucionales, por ejemplo. Las resinas HMW HDPE se procesan típicamente mediante extrusión de película soplada de tallo alto.