Módulo e de acero inoxidable
Tengo una pregunta sobre el módulo de corte de los polímeros. Como sabemos, los polímeros de ingeniería general （rubbers） son altamente extensibles y elásticos. El módulo de cizallamiento，G， para los polímeros sometidos a las condiciones de pequeña deformación, se puede definir por G=NkT, donde N es el número de cadenas de la red, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura en Kelvins.
De la fórmula se desprende que el módulo aumenta con la temperatura. Es decir, el polímero se vuelve más rígido en lugar de más blando al aumentar la temperatura ambiente. Sin embargo, en la realidad, el polímero se volvería más blando al aumentar la temperatura, y se espera que el módulo disminuya.
No creo que haya nada malo en esta fórmula. Porque a mayor temperatura, el cambio de entropía por longitud incrementada es mayor, por lo que el módulo es mayor. No soy un experimentalista, pero creo que la rigidez del caucho fue observada por Gough hace 150 años.
La prueba DMA puede utilizarse para caracterizar algunas propiedades, como el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida, en función de la temperatura. En muchos materiales poliméricos, se observa que el módulo de almacenamiento disminuye al aumentar la temperatura, incluso por encima de la transición vítrea. Sin embargo, esto no es cierto para todos los polímeros. Creo que esto se debe a la contribución de la resistencia intermolecular, que debería desempeñar un papel menor cuando la temperatura es muy superior a la transición vítrea.
Polímero de resistencia a la tracción
El módulo de Young, o el módulo de elasticidad en tensión o compresión (es decir, tensión negativa), es una propiedad mecánica que mide la rigidez a la tracción o a la compresión de un material sólido cuando la fuerza se aplica longitudinalmente. Cuantifica la relación entre el esfuerzo de tracción/compresión
Aunque el módulo de Young debe su nombre al científico británico del siglo XIX Thomas Young, el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler. Los primeros experimentos que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron realizados por el científico italiano Giordano Riccati en 1782, lo que es 55 años anterior al trabajo de Young[2] El término módulo deriva de la raíz latina modus, que significa medida.
Un material sólido sufre una deformación elástica cuando se le aplica una pequeña carga en compresión o extensión. La deformación elástica es reversible, lo que significa que el material vuelve a su forma original después de retirar la carga.
Cuando la tensión y la deformación son casi nulas, la curva tensión-deformación es lineal, y la relación entre la tensión y la deformación se describe mediante la ley de Hooke, que establece que la tensión es proporcional a la deformación. El coeficiente de proporcionalidad es el módulo de Young. Cuanto más alto sea el módulo, más tensión se necesita para crear la misma cantidad de deformación; un cuerpo rígido idealizado tendría un módulo de Young infinito. Por el contrario, un material muy blando (como un fluido) se deformaría sin fuerza y tendría un módulo de Young nulo.
Módulo de Young
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.
Módulo E frente al módulo de Young
Muchos plásticos se utilizan para sustituir a los metales. En este caso, es importante entender la llamada relación resistencia/densidad. Los plásticos suelen ser mucho menos densos que los metales, lo que ayuda a la eficiencia mecánica y a la reducción de la carga energética, pero hay que entender la resistencia del plástico.
La forma más habitual de medir el límite elástico de los plásticos es mediante un ensayo de tracción. Un ensayo de tracción se rige normalmente por normas, y las dos más comunes en la industria del plástico son la ASTM D638 y la ISO 527.
Una propiedad clave para los diseñadores mecánicos que utilizan plásticos es el límite elástico, pero hay que mencionar una advertencia clave. Podría parecer que el límite elástico es exactamente el punto en el que el plástico se vuelve inelástico. En realidad, debido a la unión molecular, el material puede a veces volver a su longitud original después de alguna porción de deformación inelástica. Por lo tanto, es muy común anotar el límite elástico en una tasa de deformación específica donde el 0,2% es lo más estándar. Esto se conoce comúnmente como tensión de prueba.