Ejemplos de curvas de deformación de polimeros

Punto de fragilidad del polímero

ResumenLas propiedades mecánicas de los polímeros son cada vez más importantes a medida que se utilizan en aplicaciones estructurales, tanto por sí mismos como en calidad de materiales de matriz para los compuestos. Desde hace tiempo se sabe que estas propiedades mecánicas dependen de la velocidad de deformación, la temperatura y la presión. En este artículo se revisarán brevemente los métodos de carga dinámica de los polímeros. Se revisarán las propiedades mecánicas a alta velocidad de deformación de varias clases de polímeros, es decir, los polímeros amorfos vítreos y gomosos y los polímeros semicristalinos. Además, se analizará la superposición tiempo-temperatura para las propiedades de gran deformación dependientes de la velocidad y la dependencia de la presión en los polímeros. En esta revisión no se tratarán los modelos constitutivos ni las propiedades de choque de los polímeros.

Es habitual suponer que la probeta está en equilibrio de tensiones durante la deformación, lo que ocurre después de una serie de oscilaciones de onda en la probeta, como se muestra en la Fig. 3(b). Si este es el caso, entonces la fuerza soportada por la probeta es igual tanto a F

Polímero de endurecimiento por deformación

Los PrintPolymers presentan una amplia gama de comportamientos de tensión-deformación, como se muestra en la figura siguiente. El polímero frágil (curva roja) se deforma elásticamente y se fractura antes de deformarse plásticamente. La curva azul es un polímero plástico y es similar a las curvas de muchos metales. Su comportamiento comienza en la región de deformación elástica lineal. Cuando la curva pasa de la deformación elástica a la plástica, suele haber un pico de tensión. En el caso de los materiales poliméricos, este pico de tensión se identifica como el límite elástico. A medida que el material se estira más, se produce la fractura. El valor de la tensión cuando se produce la fractura se define como la resistencia a la tracción para los materiales poliméricos. La resistencia a la tracción puede ser mayor, igual o menor que el límite elástico. La curva verde corresponde a una clase de polímeros conocidos como elastómeros. Estos materiales presentan una elasticidad similar a la del caucho y vuelven a su forma original a menos que se extiendan hasta el punto de fractura.

Aunque algunas de las curvas de tensión-deformación de los polímeros pueden parecerse a las de los metales, los polímeros son mecánicamente diferentes a los metales (o la cerámica). Un polímero altamente elástico puede estirarse más de 10 veces la longitud original antes de romperse, mientras que un metal puede estirarse elásticamente un 10% de la longitud original y puede estirarse plásticamente hasta el doble de la longitud original antes de alcanzar su punto de fractura. Como se ve en la figura siguiente, los valores de módulo elástico más grandes de los polímeros están muy por debajo de los valores de la cerámica y los metales.

Aproximación de la curva tensión-deformación

Los PrintPolymers presentan una amplia gama de comportamientos de tensión-deformación, como se muestra en la figura siguiente. El polímero frágil (curva roja) se deforma elásticamente y se fractura antes de deformarse plásticamente. La curva azul es un polímero plástico y es similar a las curvas de muchos metales. Su comportamiento comienza en la región de deformación elástica lineal. Cuando la curva pasa de la deformación elástica a la plástica, suele haber un pico de tensión. En el caso de los materiales poliméricos, este pico de tensión se identifica como el límite elástico. A medida que el material se estira más, se produce la fractura. El valor de la tensión cuando se produce la fractura se define como la resistencia a la tracción para los materiales poliméricos. La resistencia a la tracción puede ser mayor, igual o menor que el límite elástico. La curva verde corresponde a una clase de polímeros conocidos como elastómeros. Estos materiales presentan una elasticidad similar a la del caucho y vuelven a su forma original a menos que se extiendan hasta el punto de fractura.

Aunque algunas de las curvas de tensión-deformación de los polímeros pueden parecerse a las de los metales, los polímeros son mecánicamente diferentes a los metales (o la cerámica). Un polímero altamente elástico puede estirarse más de 10 veces la longitud original antes de romperse, mientras que un metal puede estirarse elásticamente un 10% de la longitud original y puede estirarse plásticamente hasta el doble de la longitud original antes de alcanzar su punto de fractura. Como se ve en la figura siguiente, los valores de módulo elástico más grandes de los polímeros están muy por debajo de los valores de la cerámica y los metales.

Polímero de resistencia a la tracción

La mayoría de las propiedades mecánicas están relacionadas con la deformación de alguna manera. Dado que la deformación es la forma en que un material se mueve en respuesta a una fuerza, la fuerza y el desplazamiento serán esenciales para definir la mayoría de las propiedades mecánicas.

Sin embargo, la fuerza y el desplazamiento son propiedades extrínsecas. Eso significa que están relacionadas con la cantidad de material que se tiene. Un edificio puede soportar mucha más fuerza que una cuchara simplemente porque el edificio es más grande. Del mismo modo, el edificio puede oscilar varios centímetros con el viento, mientras que una cuchara experimentará un desplazamiento imperceptible en el vendaval más fuerte.

La tensión es la fuerza por área de sección transversal que soporta un material. La deformación es el porcentaje de cambio en la longitud del material. La curva tensión-deformación es la forma más sencilla de describir las propiedades mecánicas del material. La curva tensión-deformación puede proporcionar información sobre la resistencia, la tenacidad, la rigidez y la ductilidad de un material, entre otras cosas.

Ahora que tenemos la fuerza y el desplazamiento, podemos medir muestras de muchas formas diferentes. El edificio se deforma más que una cuchara cuando sopla el viento, pero eso es porque el 0,1% de un edificio de 100 metros es 10 centímetros, pero el 0,1% de una cuchara de 10 centímetros es 0,1 mm.

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