Dureza en Polimeros

Aceleración Centrípeta

19/11/2013

Medición de Dureza en Polímeros y sus Características. Autor Marvin Daniel Martínez Rosales 00003211

Universidad Centroamericana José Simeón Cañas Correo electrónico: [email protected]

COORDINADOR

Ing. Manuel Pineda [email protected]

Instructores Marlon Fabrizzio de Leon Resumen Se trata de explicar las generalidades acerca de los polímeros, su definición, sus características, así como sus posibles aplicaciones en la industria y sus propiedades, en especifico la dureza. Así como los métodos a utilizar en la medición de la dureza de un polímero y algunas generalidades sobre el concepto de dureza.

1. Introducción. Para poder entender cómo trabaja una medición de dureza en polímeros, primero debemos conocer acerca de que son los polímeros y cuáles son las escalas de dureza existentes, también se explicara cómo se lleva a cabo un proceso de medición de dureza. 2. Conceptos Importantes.  Polímeros. Un polímero es una sustancia cuyas moléculas son, múltiplos de peso molecular bajo. Esta unidad es el monómero. Por lo tanto, al hablar de polímeros, estamos hablando de macromoléculas compuestas por muchos monómeros. Pueden clasificarse de muchas y diferentes maneras, a su vez estas

UCA – Laboratorio Física 1 – Ciclo 02 - 2013

clasificaciones se subdividen en otras de acuerdo a su origen. Polímeros Naturales: son todos aquellos provenientes de organismos vivos, por ejemplo proteínas, polisacáridos y otros que cumplen funciones vitales en los organismos. Polímeros Sintéticos: son los que se obtienen de forma artificial por medio de síntesis ya sea en la industria o en un laboratorio. Son hechos a base de monómeros naturales. Ejemplo de ellos son el vidrio, la porcelana, nylon y algunos adhesivos. De acuerdo al tipo de monómeros, los hay homopolímeros y copolímeros. Los primeros se refieren a macromoléculas formadas por monómeros idénticos. Los copolímeros sin embargo, son 2 o más monómeros diferentes.

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Aceleración Centrípeta Dentro de los copolímeros encontramos: Copolímeros al Azar: cuando los monómeros constituyentes no presentan un orden o patrón. Copolímeros Alternados: Los monómeros se van alternando individualmente y ordenadamente a lo largo de la cadena. En bloque: Cuando hay una alternancia pero esta no es individual, mas sin embargo se observa un patrón de alternancia a base de bloques monoméricos. Copolímero por injerto: es cuando en una cadena principal formada por un solo monómero, hay ramificaciones de otra cadena a manera de injerto en la cadena principal.  Polimerización. La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. La polimerización puede producirse, principalmente, por adición condensación, así como también por etapas o reacciones en cadena. Los polímeros de adición se forman gracias a la unión sucesiva de monómeros que tienen uno o más enlaces dobles y triples. El proceso se divide en 3 etapas: la iniciación, en la que una molécula llamada iniciador actúa como reactivo; la propagación, en la cual la cadena se comienza a alargar por repetición del monómero y la terminación, donde se interrumpe el proceso de propagación y la cadena termina de crecer porque se han agotado los monómeros. Finalmente, los polímeros de adición se pueden obtener gracias a un proceso de polimerización catiónica, aniónica, o radicalaria, de acuerdo al reactivo iniciador que se utilice.

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ésta no depende de la reacción por la que es precedida: el polímero se forma dado que los monómeros que actúan aquí tienen más de un grupo funcional capaz de reaccionar con el grupo de otro monómero. Los grupos ácido carboxílico, amino y alcohol son los más utilizados en estos fines. Aquí, por cada nuevo enlace que se forma entre los monómeros, se libera una molécula pequeña. Esta polimerización es muy característica de los biopolímeros, por ejemplo, de los enlaces peptídico y glucosidicos. En la polimerización por etapas, la cadena de polímero crece paulatinamente siempre y cuando haya monómeros disponibles, añadiéndose un monómero cada vez. Se incluyen todos los polímeros de condensación de Carothers y algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo, los poliuretanos. Los polímeros formados por reacción en cadena son aquellos en que cada cadena individual de polímero se crea a gran velocidad pero luego queda inactiva, aun cuando está rodeada por monómeros. 3. Propiedades Mecánicas de los Polímeros. Elongación. Los polímeros conocidos como elastómeros, son capaces de estirar entre un 500% y un 1000% a su tamaño original, sin haber sufrido rotura o falla. Recordemos que la elongación es el cambio de forma que sufre el polímero cuando este es sometido a tensión.

Los polímeros de condensación se forman por un mecanismo de reacción en etapas, es decir, a diferencia de la polimerización anterior,

Resistencia. Un polímero es capaz de resistir compresión o estiramiento, poder soportar el impacto sin perder su forma o no estirarse con facilidad. Algunos, presentan resistencia al impacto,


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Aceleración Centrípeta otros presentan resistencia a la torsión. En sí, la resistencia es la medida de la cantidad de tensión necesaria para romper el polímero. Dureza. En cuanto a dureza un polímero puede ser rígido o flexible. El primer tipo suelen ser resistentes y casi no sufren deformaciones, pero al no ser duros, se quiebran con facilidad; el segundo tipo, por el contrario, aguantan bastante bien la deformación y no se rompe tan fácilmente como los rígidos. 4. Medición de Dureza. Se hace generalmente con la aplicación de cargas al material para que con un indentador, deje una huella, de acuerdo a las dimensiones y otras características que presente esta huella, así se determinara la dureza de acuerdo a la escala que se utilice. Las escalas más conocidas son: • Dureza Rockwell El método consiste en introducir un penetrador (cono de diamante o bola de acero endurecido), sobre la pieza de trabajo, mediante la aplicación sucesiva de dos cargas preestablecidas y medir la deformación o profundidad de la huella dejada por el penetrador. • Dureza Brinell Este método de prueba utiliza un penetrador de bola de acero y una vez retirada la fuerza aplicada se mide, mediante un dispositivo óptico, el diámetro de la huella dejada por el penetrador. • Dureza Vickers El método consiste en hacer una huella con un penetrador de diamante, en forma de pirámide recta de base cuadrada y medir sus diagonales una vez retirada la fuerza aplicada. La dureza Vickers se define como el cociente


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de la fuerza de la prueba por el área de la huella. • Dureza Shore. El método consiste en introducir un penetrador cónico aguzado sobre la pieza de trabajo, mediante la aplicación de una carga preestablecida baja. La profundidad de la huella dejada por el penetrador determina la dureza del material. Existe un método Shore alternativo que determina el rebote de una carga determinada cuando impacta una superficie del material. Si el rebote es poco significa que el material presento una alta penetración y, por consecuencia, se trata de un material de baja dureza. Por el contrario, si el rebote es alto, el material fue deformado mínimamente, y se trataría de una material con mayor dureza.  Dureza en Polímeros. Los métodos estándar para la medición de la dureza en plásticos y gomas por ejemplo, son Shore A y D o los métodos IRHD. En la dureza Shore. Se especifican métodos por medio de dos tipos: tipo A para los materiales blandos y tipo D para los más duros. Estos permiten la medición de la penetración inicial, la penetración después de un tiempo determinado o ambas. La dureza será entonces, inversamente proporcional a la profundidad de la penetración y depende del modulo de elasticidad y las propiedades viscoelasticas del material. La forma del indentador, la fuerza que se aplica y la duración del ensayo son influyentes en los resultados que puedan obtenerse. El durómetro Shore consiste en un pisón, un penetrador, un dispositivo de lectura y un resorte calibrado que es el encargado de aplicar la carga en el penetrador. Las diferencias en las escalas son básicamente, la forma del indentador y la fuerza del muelle Página 3


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calibrado. Las escalas de dureza van del 0 al 100. La carga debe ser aplicada de una forma rápida pero sin que exista impacto, la lectura del valor de dureza debe ser realizada luego de unos 15 segundos. Tabla de mediciones hechas en polímeros con escala de dureza IRHD.

Modelos de Durómetros, analógicos o digitales.

Tabla de mediciones hechas en polímeros con escala de dureza Shore.

Equipo utilizado en la recolección de datos para una medición de dureza en IRHD.

En la dureza IRHD. IRHD (International Rubber Hardness Degrees) proporciona cuatro métodos para la determinación de la dureza en superficies vulcanizadas o termoplásticas y cuatro métodos para la determinación de la dureza en superficies curvas. Esta consiste en la medición de la diferencia entre las profundidades de penetración de una bola en una superficie de goma bajo una pequeña fuerza de contacto inicial seguida de una mayor fuerza de carga total. Los métodos se diferencian en el diámetro de la bola del indentador y la magnitud de la fuerza seleccionada de acuerdo con la dureza de la muestra. Estas escalas de dureza están pensadas de tal modo que un valor 0 representa un material con modulo de Young cero, y 100 represente la dureza de un material con modulo de Young infinito.

5. Conclusiones.  La dureza es solo un propiedad comparativa entre materiales a los que se les aplica una misma escala. De esa forma, conociendo los valores de dureza se pueden escoger mejor el tipo de materiales que se necesitan para una estructura en especifico.  Un mayor tamaño del indentador provee resultados más consistentes. Esto se debe a que en materiales de grano grueso, una imprenta más grande da lugar a una mejor medición de las características del material.


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Bibliografía. •William D.callister. volume 1. Editorial reverte.


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•http://190.105.160.51/~material/materiales/p resentaciones/ApunteDureza.pdf •http://www.kansert.es/Shore.swf •http://www.bibliociencias.cu/gsdl/collect/libr os/index/assoc/HASHdff3.dir/doc.pdf •http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADm ero


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