Traccion Polimeros

 

“UNIVERSIDAD “UNIVERS IDAD CATÓLICA CATÓLICA DE SANT SANTA A MARIA”

FACULT ACULTAD DE D E CIENCIAS CIE NCIAS E INGENIERÍA ING ENIERÍAS S FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL TEMA DE PRÁCTICA: Ensayo de tracción de polímeros CURSO: Ciencia e Ingeniería de Materiales GRUPO DE LABORATORIO: 05 ALUMNO: Castillo Barriga Ana Fernanda  

Escalante Carpio Andrés Matias

 

Espezúa Coila Marcelo Sebastián

 

Mayta Vilca Juan Carlos

JEFE DE PRÁCTICA: Ing. Jean Carlo Díaz Saravia 2019 AREQUIPA – PERÚ PER Ú

 

Ciencia e Ingeniería de Materiales

ENSAYO DE TRACCIÓN DE POLIMEROS

I.

OBJETIVOS a. Realizar Realizar ensayos ensayos de caracterización caracterización mecánica mecánica a materiales materiales plásticos plásticos de uso comercial e industrial, mediante el ensayo de tracción de, para su aplicación tanto en diseño como elementos de máquinas, como en los procesos de manufactura.  b. Determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de los materiales plásticos, que pueden servir para el control de calidad, especificaciones de materiales y cálculo de piezas sometidas a esfuerzos.

II.

MARCO TEÓRICO

loss mate materia riale less in indi dica can n el co comp mport ortam amien iento to de un Las pro propied piedades ades mecánicas mecánicas de lo materia mat eriall cuando cuando se encuen encuentra tra sometid sometido o a fuerzas fuerzas exteri exteriores ores,, como como por ejemplo ejemplo un estiramiento del material por una fuerza externa a él. El ensayo de tracción es el tipo de ensayo más fundamental de todas las pruebas mecá me cáni nicas cas qu quee se pu pued edee re reali alizar zar en un mater material ial,, se caract caracter eriza izan n po porr se serr simpl simples, es, relativamente no muy costosos, y estandarizados. Este ensayo se realiza mediante una máquina universal de tracción que provoca la deformación de una probeta del material a ensayar al aplicarle una carga progresiva en sentido axial. La probeta se sujeta por sus extremos en la máquina por medio de mordazas que a su vez someten la muestra a tensión progresiva. Esta carga provoca que la probeta se vaya alargando en longitud y adelgazando en sección (estricción) de un modo progresivo hasta alcanzar la fractura de la pieza. Es, por tanto, un ensayo destructivo y, para que sea válido, la rotura debe producirse en la zona central de la probeta. La máqu máquin ina, a, si simu mult ltán ánea eame ment nte, e, mide mide la ca carg rgaa ap apli lica cada da in inst stan antá táne neam amen ente te y la deformación resultante, y en un papel milimetrado se relacionan los datos de la fuerza (carga) aplicada a la probeta ensayada, y la deformación que va sufriendo.

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Los datos de la fuerza aplicada se pueden convertir en tensión y así construir la gráfica esfuerzo-deformación, similar a la que representada en la figura.

Un material presenta varias zonas en cuanto a su comportamiento ante un esfuerzo de tracció trac ción. n. Estas Estas zonas zonas están están represe representa ntadas das en el diagra diagrama ma esfuerzo esfuerzo - deform deformaci ación ón anterior. Asimismo, la deformación que sufre el material debe ser considerada en relación con la longitud total del objeto, y se analiza la deformación unitaria, obtenida al dividir la deformación defor mación total entre la longitud del objeto. A veces se habla de elongación como el tanto por ciento de deformación, y que se obtiene al multiplicar la deformación unitaria  por 100.

En un ensayo de tracción se observan varias zonas características de los materiales elásticos: UCSM

 

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1 - Es la zona elástica del material hasta un esfuerzo denominado límite elástico (LE). En buena parte de la curva se mantiene la proporcional y a la pendiente de la curva se le llam llamaa módu módulo lo elást elástic ico o o módu módulo lo de You oung ng,, y la rec recta ta re resp spon onde de a un unaa ecuaci ecuación ón llamada Ley de Hooke:

2 - Esta es también una zona elástica, aunque en ella no se cumple la proporcionalidad. 3 - Esta zona se denomina de fluencia, en la cual el material cede sin aumentar el esfu esfuerz erzo, o, qu quee reci recibe be el no nomb mbre re de esfue esfuerz rzo o de flue fluenc ncia ia (LF) (LF).. Es el in inici icio o de la lass deformaciones plásticas. 4 - Cuando se sigue aumentando el esfuerzo de tracción el material sigue alargándose de forma plástica.

5 - A partir de un cierto límite llamado esfuerzo de rotura (LR) el estiramiento es tan grande que se produce la estricción de la sección, es decir, el material adelgaza, y acaba rompiéndose. Los diseños técnicos se realizan para que las piezas trabajen siempre en la zona elástica. Incluso se trabaja con un coeficiente de seguridad n, que limitan un esfuerzo máximo de trabajo σT Propiedades que observa este ensayo:

a) Du Duccti tili lida dad d La ductilidad es otra importante propiedad mecánica. Es una medida del grado de deform def ormació ación n plástic plásticaa que puede puede ser soport soportada ada hasta hasta la fractur fractura. a. Un materia materiall que experimenta poca o ninguna deformación plástica se denomina frágil. La ductilidad  puede expresarse cuantitativamente como alargamiento relativo porcentual, o bien mediante el porcentaje de reducción de área.

b) Ten enac acid idad ad La tenacidad de un material es un término mecánico que se utiliza en varios contextos; en sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material de absorber energía antes de la fractura. La geometría de la probeta, así como la manera con que se aplica la carga son importantes en la determinación de la tenacidad. UCSM

 

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c) Resi Resili lieencia ncia Es la  medida de la capacidad de un material de absorber energía elástica antes de la deformación plástica. ¿Qué es el módulo de Young Young o módulo de elasticidad?

El módulo de elasticidad elasticidad (E), también llamado módulo módulo de Young Young,, es un parámetro parámetro ca carac racter terís ísti tico co de ca cada da mate materia riall qu quee in indi dica ca la re relac lació ión n ex exis isten tente te (en la zo zona na de comportamiento elástico de dicho material) entre los incrementos de  tensión aplicados  tensión aplicados (ds) en el ensa ensayo yo de tr trac acci ción ón  y lo loss in incr crem emen ento toss de deformación deformación longitudin longitudinal al unitaria (de) unitaria  (de) producidos.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS 

 

Probetas de PVC y PS.

Máquina

de

tracción

de

polímeros

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Herramientas:  

 

Regla Calibrador

Equipo

métrica digital.

de

protección personal:

  

IV.

Mandil protector Zapatos de seguridad Lentes de seguridad

PROCEDIMIENTO 1. Ingr Ingresa esarr al labo laborat rator orio io co con n lo loss EPP EPP puesto puestos, s, estos estos son son el mand mandil il,, zapat zapatos os de seguridad, lentes y guantes. 2. Ubic Ubicar arno noss en nu nues estro tross gr grup upos os co corr rresp espon ondi dien entes tes y escuc escucha harr at aten enta tame ment ntee la lass indicaciones y explicación sobre el Ensayo de tracción de polímeros. 3. Reconocer Reconocer los los materiales materiales con con los que tenemo tenemoss que trabajar trabajar. 4. Al tener tener las probeta probetass de PVC y PS PS

5. longitud

inicial,

Empezamos a medir su su espesor, su ancho y con

los

cálculos

determinados se procede a

área,

antes de ser sometido a la

hallar

el

máquina de tracción. 6. Lo llevam llevamos os a la máquin máquinaa de tracció tracción n de polím polímero eros. s.

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7. Al estas

terminar su sufren

la

tracción de dichas probetas

un una

ruptura.

8. Las

dos

partes

lo

 juntamos

para poder 

medir las

longitudes,

espesor y

área de las

 probetas que ya han sido sometidas a la práctica. 9. Con los datos datos obtenid obtenidos os pasamos pasamos a hallar el alargamien alargamiento, to, deformación deformación,, fuerza, resistencia de cada material.

V.

RES RESUL ULT TADO ADOS Y ANA NAL LISI SIS S Resultados: Tabla N°1: Medidas de probetas de polímeros.

PROBETA PET PVC PP PS

ÁREA LONGITUD ESPESOR ANCHO LONGITUD ESPESOR INICIAL INICIAL INICIAL INICIAL FINAL(Lf)(mm) FINAL (mm) (mm) (mm) (A )(mm) (L )(mm) o o 115 0.37 6.09 2. 2.2557 204 0.46 115 0.11 6.664 0.7304 185 0.07 115 1.28 7.9 10.11 120.78 1.31 114 0.25 6.98 1.745 119 0.26

ANCHO FINAL (mm) 2.14 4.68 7.98 6.69

ÁREA FINAL (mm2) 0.9844 0.3276 10.4538 1.7394

Tabla N°2: Resultados de ensayo de tracción de polímeros.

  FUERZA   ALARGAMIENTO   DEFORMACIÓN PROBETA (F)(N) (mm)

RESISTENCIA MODULO DE A LA TENSIÓN YOUNG (Mpa) (Mpa)

PET

89

0.7739

295.769

13 131.1207

169.4285

PVC PP

70 5.78

0.6087 0.0502

38.835 384.813

53.1694 38.0626

87.3491 758.219 UCSM

 

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PS

5

0.0439

39.62

22.7049

517.1958

En la tabla N°1 se muestran cada una de las medidas de cada probeta del ensayo, se especifica la longitud, el espesor, ancho y área de las probetas, no obstante señalando las medidas tomadas inicialmente y después del ensayo. En la tabla N°2 se dan los resultados del ensayo, tanto el alargamiento, deformación, fuerza, resistencia resis tencia a la tensión y el módulo de Young. Young. Estos datos son el resultado del uso de fórmulas sencillas con las medidas tomadas. Algunas de las formulas son las siguientes: Alargamiento: 

∆ L  Lf   Lo =

−



Deformación:

ε =∆ L / Lo

σ 

=



Fuerza: este dato nos lo dará la máquina de ensayo de tracción.



Resistencia a la tensión:



Módulo de Young:

 F   Ao

 E =

σ  ε

Al momento de aplicar todas estas fórmulas con los datos de la tabla N°1, tendremos los resultados del ensayo de tracción de polímeros. A continuación presentamos las gráficas de Tracción de Polímeros, en este caso este perteneciente a la probeta PET (polietileno), con los datos que nos da la máquina. Grafica N°1: Fuerza en función de la Elongación del Polietileno.

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Grafica N°2: Resistencia de tensión en función de la deformación.

Análisis:

Observamos que en la gráfica N°1, en el primer tramo de la curva graficada, se eleva de manera rápida, entonces todo ese primer punto es la zona plásticas, donde el material sufre deformamiento pero aún puede regresar a su forma inicial, la que sigue a este es la curva larga y casi constante que se puede apreciar, esta es la zona plásticas, donde el material sufre deformación pero sin opción de regresar a su forma inicial, y al final de la gráfica se puede observar como hay una caída de la curva, drásticamente, esta es la zona de la ruptura, donde el material, en este caso el polietileno llego a romperse. En la gráfica N°2, se puede apreciar lo mismo, sin embargo con los datos de la resistencia y la deformación a cada instante que pasó en la máquina. UCSM

 

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Entonces podemos decir, que los polímeros no son indestructibles, ni mucho menos mucho más duraderos que otros materiales, pero con tratamientos y formación de cada uno, puede llegar a ser una más resistente que el otro. Mientras menos resistencia a la tensión se tenga en un polímero, su estiramiento será más, y en el caso que su resistencia sea corta, su estiramiento también lo será.

VI.. VI

CONC CONCLU LUSI SION ONES ES Y RE RECO COME MEND NDAC ACIO IONE NES S Conclusiones: 

Al estirar el PVC se causa una decoloración en el material debido al



sobreesfuerzo. El PS es un material frágil por lo que se rompe con mayor facilidad en el ensayo de tracción. Por lo tanto, en el ensayo la velocidad usada es más lenta a comparación de los otros materiales.

 

Recomendaciones: 



Al realizar el ensayo de tracción, calcular bien las medidas y los cálculos de área, ya que estos son fundamentales para que el ensayo sea correcto y los resultados obtenidos en la máquina de tracción sean certeros. Realizar el ensayo con una velocidad óptima de acuerdo al material para observar con detalle cómo es que se da la tracción pasando por la zona elástica y plástica del material.

VII. VI I.

RE REFE FERE RENC NCIA IAS S BIBL BIBLIO IOGR GRÁF ÁFIC ICAS AS   

VIII VI II..

http://www.eumed.net/rev/tlatemoani/03/mrlch.htm http://www.quimitube.com/plasticos-que-conducen-la-electricidad   MC 2517 – Comportamient Comportamiento o Viscoelásco Viscoelásco de Polímeros Polímeros (pdf )

ANEX ANEXOS OS Y AC ACTI TIVI VIDA DADE DES S EN ENCA CARG RGAD ADAS AS 1. Desc Describa riba las principal principales es difer diferencia enciass entr entree las propie propiedade dadess mecáni mecánicas cas de los metales y la de los plásticos.

Una de las diferencias que poseen los plásticos es que cuentan con una estructura interna con propiedades mecánicas y estabilidad interna sensiblemente peores que la del metal. Estas propiedades de los plásticos, a diferencia de las que se encuentran en los metales, dependen de las partículas utilizadas, su unión y la estructura molecular que forman, no están determinadas por los átomos e iones sino por las macromoléculas orgánicas, y pueden ser diferentes entre sí.

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a) El plástico plástico tiene mayor mayor estabilid estabilidad ad dimension dimensional al por el coeficient coeficientee de dilatación dilatación  b) c) d) e)

térmica. Respecto del metal, el plástico tiene menos rigidez y mayor elasticidad. Producen Producen una pequeñ pequeñaa dilatación dilatación del material material por por la absorción absorción de la humedad humedad.. Tienen Tienen un coeficien coeficiente te de dilatación dilatación térmica térmica 20 veces mayor mayor que los los metales. metales. Los plásticos plásticos disipan disipan menos menos calor, calor, por lo que que hay que que tener tener cuidado cuidado con el

sobrecalentamiento. f) Bajas Bajas temperat temperatura urass de fusión fusión y rebla reblande ndecimi cimient ento. o. g) Los plástic plásticos os son elástic elásticos. os.

2. Haga un unaa clasificac clasificación ión de po polímer límeros os seg según ún la duc ductilida tilidad d que po poseen seen..

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3. ¿Por qué es tan variada la rigidez de los polímeros? Porque no todos son del mismo material o tipo de polímero, algunos tienen un estiramiento muy grande, pues su resistencia a la tensión es también muy grande. Cada tipo de polímero tiene sus características, unos distintos de otros, asi as i como algunos son muy resistentes como para ser parte de una construcción como lo son los tubos de pvc, también hay otros que son bastante resistentes para contener agua caliente. Entonces por tantos tipos que existen también se justifica la gran variedad de rigidez.

4. ¿Por qué es importante conocer el Tg de un polímero? Es importante conocer la Transicion Vitria, pues es un fenómeno que solo ocurre en los  polímeros. Hay una cierta temperatura (distinta (distinta para cada polímero) llamada temperatura de transición vítrea, o Tg. Cuando el polímero es enfriado por debajo de esta temperatura, se vuelve rígido y quebradizo, igual que el vidrio. Algunos Algunos polímeros son empleados a temperaturas por encima de sus temperaturas de transición vítrea y otros por debajo. Los plásticos duros como el poliestireno y el poli(metil metacrilato), son usados por debajo de sus temperaturas de transición vítrea; es decir, en su estado vítreo. Sus Tg están muy por encima de la temperatura ambiente, ambas alrededor de los 100°C. Los cauchos elastómeros como el polisopreno y el poliisobutileno, son usados por encima de sus Tg, es decir, en su estado caucho, donde son blandos y flexibles.

5. ¿Puede fabricarse polímeros capaces de conducir la electricidad? Un polímero es una molécula, natural o sintética, que consiste esencialmente en unidades estructurales idénticas repetidas. Una de las propiedades más atractivas de los polímeros orgánicos clásicos ha sido la capacidad de actuar como excelentes aislantes eléctricos. Sin embargo, ha existido un gran interés en la  posibilidad de producir polímeros que actúen como conductores conductores eléctricos. Estos UCSM

 

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nuevos materiales, a los que se han denominado polímeros conductores, podrían revolucionar la industria eléctrica y electrónica al combinar excelentes  propiedades mecánicas y químicas, además de su fácil preparación y bajo costo de fabricación. En este trabajo, se hace una revisión sobre las principales características de los polímeros conductores y su síntesis mediante un método relativamente nuevo llamado polimerización en microemulsión ya que existe un  potencial para ser utilizados industrialmente, en medicina, electrónica y en otras aplicaciones biológicas. Los polímeros conductores, conducen la electricidad debido principalmente a la  presencia de ciertas cantidades de otros productos químicos (dopado), pero también a la presencia de dobles enlaces conjugados que permiten el paso de un flujo de electrones. Los polímeros conductores son materiales formados por largas cadenas hidrocarbonadas con dobles enlaces alternos, o conjugados. Cuando extraemos un electrón de uno de estos dobles enlaces se genera un radical catión, también llamado polarón, y al seguir oxidando se puede arrancar un segundo electrón  para formar un dicatión, o bipolarón, que es muy estable. Esta carga positiva  puede desplazarse por la cadena pasando de un doble enlace a otro conduciendo de este modo la electricidad. La extracción de electrones, u oxidación, puede ser continuada formándose más de un catión por cadena. Las familias más comunes de polímeros conductores son derivados de: poliacetileno, polianilina, polipirrol y politiofeno.

6. ¿A q qué ué se re refier fieree compo comportami rtamiento ento visco visestudio co elástico elásde ticolasenpropiedades un po polímer límero? o? La viscoelasticidad de polímeros es el mecánicas de los polímeros, que son materiales que presentan visco elasticidad. Un material visco elástico es un material que presenta tanto propiedades viscosas como elásticas. Es por ello que a los polímeros termoplásticos se les llama de forma común simplemente plástico. La elongación en estos materiales depende no sólo de la tensión, sino que depende del tiempo que ésta es aplicada. Mientras se aplica una tensión constante, la elongación incrementa lentamente, alcanzando un valor máximo de forma exponencial. La base de la explicación de este fenómeno obedece a fricciones internas en el material. UCSM

 

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El estudio de la viscoelasticidad es complejo, por ello los ingenieros se han centrado en modelarlo matemáticamente como un material compuesto, que es tanto un sólido de Hooke y un líquido newtoniano.

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