UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE Departamento de automática y electrónica

Facultad de ingeniería

Laboratorio 3

II Periodo de 2015

1

ENSAYO DE POLIMEROS

C. Hurtado1, D. Meneses2, M. Restrepo3 1, 2,3 Ingeniería Mecatrónica, Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia

RESUMEN

En el presente laboratorio se utilizaron equipos especiales para estudiar los comportamientos de los polímeros ante ensayos

de tracción, compresión y dureza.

I. INTRODUCCIÓN Y MARCO

TEORICO

POLIMEROS Son moléculas muy grandes, con una masa

molecular que puede alcanzar millones de umas,

que se obtienen por la repetición de una o más

unidades simples llamadas “monómeros”, unidas

entre sí mediante enlaces covalentes. Forman

largas cadenas que se pueden unir entre sí por

fuerzas de Van der Waals o puentes de hidrógeno.

El grado de entrecruzamiento influye mucho más

que la longitud de la cadena en las propiedades,

pues se crea una estructura tridimensional con

multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia

al polímero.

Se pueden clasificar según diversos criterios:

SEGÚN SU ORIGEN:

• Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa,

almidón), proteínas, ácidos nucleicos.

• Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas,

poliuretano, baquelita.

SEGÚN SU COMPOSICIÓN:

•Homopolímeros: Un sólo monómero.

•Heteropolímeros: Varios monómeros. Si son dos

se llaman copolímeros.

SEGÚN SU ESTRUCTURA:

• Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios

(cabeza y cola).

• Ramificados: Si algún monómero se puede unir

por tres o más sitios. Por su comportamiento ante

el calor:

• Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y

recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean

en caliente de forma repetida.

• Termoestables: Se reblandecen y moldean en

caliente, pero quedan rígidos al ser enfriados por

formar nuevos enlaces y no pueden volver a ser

moldeados.

MAQUINA UNIVERSAL DE

ENSAYOS

Figura 1. Máquina universal de ensayos

Esta máquina como se observa en la figura 1 ha

sido diseñada para uso tanto en obra como en

laboratorio. Generalmente se usa para ejecutar

ensayos de tracción, ensayos de compresión o

pruebas cíclicas entre límites de alargamiento o

fuerza. Su peso relativamente ligero, alto grado de

precisión y bajo costo hacen que esta máquina sea

ideal para ensayos en obra y fines formativos.

La máquina consta de un bastidor de alta rigidez

con un pistón de doble acción y una bomba de

accionamiento hidráulica. Una válvula especial de

control de flujo que permite que se pueda

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE Departamento de automática y electrónica

Facultad de ingeniería

Laboratorio 3

II Periodo de 2015

2

predeterminar la velocidad de carga de acuerdo con

las especificaciones de aplicación. Se suministra

con válvula de selección de ensayo para seleccionar

el modo de tracción o compresión.

DUROMETRO

Figura 2. Durómetro

El durómetro es un dispositivo de medición para

determinar la dureza de un material. Existen

distintos tipos de durómetros de acuerdo a las

diversas familias de materiales, habiendo

posibilidad de medir dureza tanto a un caucho

como a un acero. Si bien la palabra “durómetro” en

el mundo anglosajón sólo se emplea para

denominar al equipo para medir dureza Shore, en

Latinoamérica es ampliamente utilizada para

identificar a todos los bancos de ensayo de dureza

que existen.

II. ANALISIS Y RESULTADOS

Los polímeros debido a su comportamiento

viscolelástico sufren cambios cuando se les aplica

esfuerzos y cargas, influyendo en esto el tiempo.

La respuesta del material es diferente al esfuerzo al

que se vea sometido, estos comportamientos se

estudian a corto plazo cuando se aplican esfuerzos

en tracción, flexión, compresión e impacto.

TRACCIÓN En primera instancia se realizo el ensayo de

tracción con dos probetas.

La primera probeta fue un polimero semirigido, un

polipropileno de 3.25 mm de espesor y 11 mm de

ancho.

Figura 3. Polipropileno

La segunda probeta fue un polimero riigido, un

acrilico de 2.7 mm de espesor y 12.6 mm de ancho.

Figura 4. Acrilico

La carga aplicada a cada probeta fue de 1031 Kg.

Para la probeta de polipropileno se utilizo una

velocidad de 50 mm por minuto, mientras que para

el acrilico se utilizo una velocidad de 30 mm por

minuto.

Del ensayo anterior se obtuvieron los siguientes

resultados:

Figura 5. Deformacion del polipropileno

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE Departamento de automática y electrónica

Facultad de ingeniería

Laboratorio 3

II Periodo de 2015

3

Figura 6. Deformacion del acrilico

Se puede apreciar como la fractura ocurre en el

propileno ocurre con una carga de 30.12 MPa y en

el acrilico ocurre con una carga de 35.06 MPa.

De la figura 5 y la figura 6 podemos observar que

pese a ser polimeros ambos materiales presentan

propiedades mecanicas diferentes. El polipropileno

muestra una deformacion plastica superior a la del

acrilico. Por lo anterior podemos ver un corte

parejo en la figura 4, similar a el comportamiento

de un material ductil. Mientras por su parte el

polipropileno en la figura 3 presenta un corte plano

similar, similar el comportamiento de un material

fragil.

Estas diferencias en las graficas estan dadas a las

caracteristicas del polimero. En este caso el

polipropileno es un polimero blando, mientras el

acrilico un polimero semiblando.

Esto lo que indica es que el polipropileno presenta

una mayor deformacion que el acrilico debido a la

deformacion plastica debido a que es un polimero

termorigido.

Un polímero tiene resistencia a la tracción si

soporta cargas axiales que tienden a alargarlo, esta

es importante en un material que va a ser estirado o

a estar bajo tensión.

Para este ensayo utilizamos la norma astmd 638

donde se estandarizan las velocidades utilizadas

para ambas probetas de acuerdo a los longitudes y

materiales específicos como el nylon y el caucho.

COMPRESIÓN

Para el ensayo de compresión se utilizaron dos

probetas, una de nilon y otra de caucho.

La probeta de nilon presentaba una longitud inicial

de 20.75 mm y un diametro de 10.7 mm.

La probeta de caucho presentaba una longitud

inicial de 21.35 mm y un diametro de 12.45 mm.

A traves de la maquina de ensayo universal se

realizo a ambas probetas un ensayo a una velocidad

de 5mm por minuto.

Posteriormente se obtuvieron las graficas de

Tensión vs Deformación.

Figura 7. Deformación probeta de nylon

Figura 8. Deformación probeta de caucho

Tras realizado el ensayo el nylon poseia una

longitud final de 17.3 mm y un diametro de 11.8

mm.

Con lo anterior tenemos que

𝑨𝒊 =𝝅

𝟒∙ 𝟐𝟎. 𝟕𝟓𝟐

𝑨𝒊 = 𝟑𝟑𝟖𝒎𝒎𝟐

Luego,

𝑨𝒇 =𝝅

𝟒∙ 𝟏𝟕. 𝟑𝟐

𝑨𝒇 = 𝟐𝟑𝟓𝒎𝒎

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE Departamento de automática y electrónica

Facultad de ingeniería

Laboratorio 3

II Periodo de 2015

4

Luego hallamos el porcentaje de reducción del area

de la probeta de nylon:

%𝑹𝑨 =𝑨𝒊 − 𝑨𝒇

𝑨𝒊

∙ 𝟏𝟎𝟎%

%𝑹𝑨 = 𝟑𝟎. 𝟒𝟕 %

Para el ensayo de la probeta de caucho no presento

reducciones en el area. Lo anterior debido a que

este material es un elastomero el cual esta formado

por miles de de monomeros formando enormes

cadenas entrelazadas de manera desordenada.

Debido a esta caracteristica despues de aplicar la

carga y realizar el ensayo el caucho no presento

deformacion plastica.

En aquellos polímeros que se rompen en un ensayo

de compresión, la resistencia a la compresión tiene

un valor definido, sin embargo en algunos casos los

polímeros se deforman hasta formar una lámina

muy delgada sin que se produzca fractura, en estos

casos el ensayo no tiene valor claro.

DUREZA Para la prueba de dureza se utilizo un durometro

shore tipo D para medir 4 polimeros rigidos.

Mientras para 5 polimeros blandos se utilizo un

durometro shore tipo A.

POLIMEROS RIGIDOS Se realizaron tres ensayos con el durometro shore

tipo D y se hizo un promedio obteniendo la

siguiente tabla:

Material Dureza promedio

Polietileno 64 69 71 68

UHMW 61 63 62 62

Polipropileno 78 76 74 76

Teflon 59 60 59 59.33

Tabla 1. Dureza de polimeros rigidos

POLIMEROS BLANDOS Se realizaron tres ensayos con el durometro shore

tipo A y se hizo un promedio obteniendo la

siguiente tabla:

Material Dureza promedio

Borrador 55 52 52 53

Caucho

negro

86 86 86 86

Caucho

rosado

73 76 74 74.33

Fomi 19 18 19 18.67

Caucho

reforzado

95 95 94 96.67

Tabla 2. Tabla de polimeros blandos

La diferencia de los tipos de dureza se basa en la

carga que se aplica en el momento de la medicion.

La dureza shore A es utilizada para gomas blandas,

plasticos y elastometros. El penetrador es un cono

truncado con un angulo de 35º, y la carga de 822 g.

La dureza shore D es utilizada para gomas duras y

plasticos termoplasticos, plataformas y boliches. El

penetrador es un cono en punta con un angulo de

30º, y la carga 4536g.

III. CONCLUSIONES Debido a la amplia cantidad y variedad de

polimeros es importante conocer los

comportamientos polimeros especificos como

Nylon, Caucho, polipropileno, polietileno.

Se deben especificar las normas internacionales

que se utilizaran para cada ensayo, con el fin de

tener ensayos regidos por normas internacionales.

Independientemente de los materiales sin son

polimeros, aceros o ceramicos la maquina de

ensayos universales nos permite conocer las

propiedades mecanicas de los materiales.

IV. REFERENCIAS

[1] ASKELAND, Donal R., “Ciencia e Ingeniería

de los Materiales”, Thomson Editores.

México, 1998.

[2] Consulta web: “Norma ASTM”

http://159.90.80.55/tesis/000158026.pdf

[3] Consulta web: “Escalas shores”

http://www.kansert.es/index.php?option=com

_content&task=view&id=16&Itemid=32