Laboratorio de Tecnología de Materiales Avanzado

Laboratorio N° 8

“ENSAYO DE TRACCIÓN-POLÍMEROS”

INFORME

Integrantes:

Grupo: C13 – 03 – B

Profesor:

Mayor Sánchez, César Ricardo

Fecha de realización: 16 - 11 - 2012

Fecha de entrega: 20 - 11 - 2012

2012 – II

Introducción

El ensayo de tracción para polímeros consiste en someter probetas normalizadas a una velocidad constante y medir la fuerza necesaria para cada deformación como son el polietileno y la poliamida, a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produzca una rotura de

la probeta, donde se han presentado serias dificultades para su análisis en lo referente en sus propiedades mecánicas.

Finalmente, nos darán resultados gráficos obtenidos como son el esfuerzo vs deformación, donde en vez de trabajar con la fuerza (F) se utiliza el esfuerzo (σ, en inglés “stress” ) el cual se define como la fuerza aplicada dividida por el área transversal ( Ao ) e interpretar sus parámetros.

1.- Fundamento Teórico

Ensayo de tracción - polímeros

Este ensayo nos permite determinar la curva esfuerzo vs deformación de cada material donde podremos determinar sus características plásticas, elásticas y de tensión que pueda soportar el material.

En este ensayo se realiza sobre una barra confeccionando con el material que se desea ensayar. Con el objetivo que en cada ensayo se obtengan resultados comparables, las dimensiones de las probetas han sido normalizadas.

La relación entre la longitud de medición y el diámetro es de:

Tensión y deformación

Sometiendo una pieza de metal a una fuerza de tracción uniaxial, al eliminar al eliminar la fuerza puede ocurrir dos situaciones con la pieza.

Deformación Elástica:

- Recupera su forma original- Los átomos vuelven a su posición- Original

Deformación Plástica

- No recupera forma original- Los átomos quedan en otra posición

Tensión convencional

(σ )=Fuerza uniaxial ( F )/Área de sección transversal ( Ao ) = ( Pa )

Máquina para ensayo de tracción universal

Deformación convencional (ξ) = ξ = δ/ Lo

% Deformación = Deformación convencional ( ξ )x100%

ESFUERZO DE TRACCIÓN: Es el esfuerzo de tracción que sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Se obtiene mediante la relación:

σ = F/A

FUERZA DE TRACCIÓN: La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto.

ENSAYO DE TRACCIÓN: Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produzca la rotura de la probeta.

En este ensayo de tracción puede determinarse diversas características de los materiales elásticos:

- Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior.

- Coeficiente de Poisson: Cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.

- Límite de elasticidad: Es el valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

- Límite de fluencia o límite elástico aparente: Es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

- Límite elástico (límte elástico convencional o práctico) : Es el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

- Carga de rotura o resistencia de tracción : Es la carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

- Alargamiento de rotura: Es el incremento de longitud que ha sufrido la probeta donde se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

- Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

DIAGRAMA ESFUERZO: Es el diagrama que nos permite observar y analizar los parámetros obtenidos en el ensayo de la tracción.

DEFORMACIÓN (ξ) : Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas que experimenta el material (probeta) mientras es sometido a fuerzas de tracción. Se obtiene mediante la relación:

ξ = δ/ Lo

Donde δ, es la diferencia de las longitudes finales con las longitudes iniciales

δ= Lf – Lo

σt = Esfuerzo máximo de tracción que soporta el material (probeta)

σr = Esfuerzo de rotura que del material (probeta)

σe = Límite elástico del material. Máximo esfuerzo donde el material tiene un comportamiento elástico

σf = Esfuero de fluencia. Esfuerzo a partir del cual el material fluye o se deforma sin necesidad de incrementar el esfuerzo aplicado. Este efecto se presenta sólo en una pequeña zona del alargamiento del material.

ξmáx = Deformación unitaria permanente. Deformación total que experimenta el material después del ensayo.

Estricción: Contracción máxima de la sección transversal de la probeta en porcentaje.

Alargamiento máximo: Se define como el máximo estiramiento (mm) que experimenta el material después del ensayo.

δmáx = ξmáx Lo

Procedimiento:

Plan de Trabajo

Marcar la probeta una longitud inicial de 80 mm (Lo)

Medir el diámetro de la probeta (INPUT)

Secuencia de operación para el ensayo de tracción

Presione el interruptor principal de la máquina (alimentación eléctrica) (Parte posterior de la máquina)

Encendido de la computador (PASSWORD Tecsup) Abrimos el programa TESTXPERT para el control del ensayo EN nuestro menú de la barra superior presionamos OPEN (ctrl + O) Seleccionamos el programa configurado para el laboratorio que contiene

como comentario “ clase práctica” tal como se muestra en la siguiente figura.

Presionamos el botón de encendido de la máquina de tracción (ON) Presionamos la opción WIZARD o Ctrl. + F1 para ingresar los parámetros

de entrada para el ensayo. En caso que los datos hayan sido ya insertados pasar al paso 8. Sigamos la secuencia de configuración mediante la tecla Next (siga)

hasta completar los datos necesarios para la configuración del ensayo.

Hacemos clic en el icono LE (aquí las mordazas se ubican a una distancia ya programada)

Coquemos la barra en las mordazas de sujeción. Realizamos el ensayo presionando la opción “Star”. Ingresamos los datos solicitados (diámetro inicial) Finalmente grabamos e imprimimos el reporte para su posterior análisis.

Adjuntar curvas características del:

- Poliamida (1)- Polietileno (2)

Observamos que las probetas, sus densidades son diferentes

- POLIETILENO (PE)

Aquí vemos la probeta de polietileno flotando, por tanto su densidad es baja.

- POLIAMIDA (PA)

Aquí vemos la probeta de poliamida, por tanto su densidad es muy alta.

La probeta de polietileno produciendo su alargamiento con más tiempo de duración con respecto a la probeta de poliamida.

La probeta de poliamida produciendo su alargamiento con menos tiempo de duración con respecto a la probeta de polietileno.

Probetas antes de colocar en sus extremos en las mordazas de la máquina

Resultados finales de las probetas al finalizar sus roturas

POLIETILENO

POLIAMIDA

Resultados obtenidos del ensayo de tracción para polímeros

1- Conectamos la máquina de ensayo antes de abrir el software test-xpert (interruptor principal ubicado en la parte posterior del equipo)

2- Abrimos el software y colocamos en “ON” el botón de encendido del equipo.

3- Verificamos las dimensiones de la probeta.4- Verificamos la distancia entre mordazas de acuerdo a la longitud de la

probeta.5- Colocamos la probeta conforme al procedimiento descrito en la guía del

laboratorio.6- Operamos el equipo ( botón Star).

Material Lo Do Ao (mm2)Poliamida 7,75 47,173Polietileno 8,07 51,149

INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS

a) Cuántas veces más resistente es la poliamida en comparación con el polietileno.

Dependiendo en qué intervalo se encuentra en la deformación, por ejemplo entre 100 a 200 mm la poliamida es más resistente aproximadamente a 30 MPa, y si se encuentra entre 0 a 10 mm la resistencias están parejos.

b) ¿Cuál de los materiales ensayados presentó un mayor valor en su módulo de Young?

La probeta Poliamida, pues a menor tiempo de carga mayor módulo de Young.

c) ¿Cómo se puede reducir la alta deformación en los polímeros?

Para que pueda reducir la alta deformación es aumentar un elevado grado de polimerización para alcanzar altas resistencias.

Cuestionario

1.- ¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción?

Cuando se desarrolla un esfuerzo en la sección transversal de una pieza para resistir su elongación y que tiende a alargarla.

2.- ¿Qué es la fluencia?

Es la deformación irrecuperable de la probeta, a partir de la cual sólo se recuperará la parte de su deformación correspondiente a la deformación elástica, quedando una deformación irreversible.

3.- ¿Cómo se determina la fluencia en un polímero ?

Se determina cuando las cadenas moleculares son excesivamente cortas, tan pronto se supera el nivel energético que permite la movilidad de los segmentos moleculares, dependiendo la temperatura y de la velocidad de deformación del ensayo.

4.- ¿Qué aspecto presenta la superficie de fractura de un polímero?

Se observa una rugosidad, típica de falla por sobrecarga en tensión.

5.- ¿Por qué los polímeros tienen una deformación más significativa que los metales convencionales?

La resistencia a la tracción en los polímeros es muy elevada (E/20), ya que el número de monómeros que constituyen una molécula que se sitúan en los plásticos comerciales entre 103 y 105.

6.- ¿Cuál de los materiales tiene mayor plasticidad?

La probeta polietileno, pues a mayor tiempo de carga mayor plasticidad.

7.- ¿La medida de deformación radial final es el adecuado?

Depende, hay casos que los materiales de menor deformación radial, como mayor deformación radial es utilizado en la actualidad.

OBSERVACIONES

El ensayo de tracción es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no terrosas, fundido, laminado o forjadas como también para polietilenos y poliamidas.

Cuando nos entregan las probetas de polietileno y poliamida, debemos primeramente medir sus longitudes iniciales y sus diámetros.

Se observó que al momento de introducir la probeta de polietileno entre las mordazas de la máquina de tracción, es el que más tiempo ha durado aproximadamente entre 15 a 20 minutos con respecto a la probeta de poliamida.

Las probetas empleadas deberán ser generalmente barras de sección circular, donde sus extremidades son de mayor sección, para facilitar la fijación de la probeta a la máquina que ha de producir el esfuerzo de tracción.

CONCLUSIONES

El diagrama de Esfuerzo – Deformación es característico del material y proporciona de mucha importancia acerca de las propiedades mecánicas y el comportamiento típico del material.

Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentaron durante la fluencia, el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformación. Durante el proceso, la probeta sufre cambios en sus estructuras cristalinas y atómicas, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en la carga de tensión.

La curva de la zona plástica de nuestro diagrama de Esfuerzo – Deformación, tiene menor pendiente que en la elástica, ya que para conseguir grandes alargamientos no es necesario aumentar la carga.

BIBLIOGRAFÍA

Ciencia e ingeniería de los materiales V.2

William D. Callister, Jr