Ensayo de tracción en polimeros

Impacto-Tracción Polímeros

Tecnología de materiales Avanzado

Ensayo de tracción Objetivos 

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Analizar el comportamiento de los materiales sometidos a esfuerzo de tracción. Realizar la prueba de tracción e interpretar los resultados obtenidos. Evaluar en el grafico obtenido el esfuerzo vs deformación; reconocer los valores obtenidos e interpretar parámetros. Seguridad.

Herramientas y equipos Equipo de ensayo de tracción ZWICK/ROELL Software

Materiales y/o Probetas Probeta normalizada de poliamida Probeta normalizada de polietileno

1. Fundamento teórico Esfuerzo de tracción: Es el esfuerzo que soporta un material para ser retirado. Se obtiene mediante la siguiente formula. 

 

Dónde:  F: es la fuerza de tracción aplicada.  : es el esfuerzo a la tracción.  A: es el área perpendicular que soporta la fuerza. Fuerza de tracción: Es la fuerza que soporta el material mientras es estirado. Ensayo de tracción: tracción: Es una prueba mecánica realizada sobre una probeta de algún material, consiste en someterla a esfuerzos de tracción para observar su comportamiento. Diagrama esfuerzo-deformación esfuerzo-deformación:: Es el diagrama que nos permite observar y analizar los parámetros obtenidos en el ensayo de tracción. Deformación: es el alargamiento unitario o deformacion unitaria que experimenta el material (probeta) mientras es sometido a las fuerzas de tracción. Se obtiene mediante la relación:   /l0 Dónde: :

Es el alargamiento (mm) cuando soporta una fuerza de t racción.

l0: Es la longitud inicial del material, o probeta.



Dónde: = Esfuerzo máximo detracción que soporta el material, en nuestro caso la probeta. t

r =

Esfuerzo de rotura del material, en nuestro caso la probeta.

= Limite elástico del material. Máximo esfuerzo donde nuestra probeta tendrá un comportamiento elástico. e

f =

Esfuerzo de fluencia. Esfuerzo a partir del cual el material fluye o se deforma sin incrementar el esfuerzo aplicado. Este efecto se presenta solo en una pequeña zona de alargamiento del material. máx =

deformación unitaria permanente.

Estricción = contracción máxima de la sección transversal de la probeta. Alargamiento máximo: Se define como el máximo estiramiento (mm) que experimenta el material después del ensayo.   max.l0

2. Plan de trabajo a) Los ensayos se realizaron en grupos b) Observamos atentamente la demostración realizada por el profesor en una de las probetas. c) Marcamos la probeta una longitud de 80 mm (L0) d) Medimos el diámetro de la probeta. e) Seguimos la explicación brindada por el profesor para obtener nuestros datos.



3. Ensayo en Laboratorio Procedimiento en el equipo de ensayo de tracción ZW ICK/ ROELL a. Encendimos la computadora e ingresamos al programa testXpert, luego encendimos el equipo de ensayo de tracción. Figura1.1 Podemos apreciar un componente del equipo de ensayo de tracción. Este nos permite identificar si hay comunicación entre el equipo y la computadora, además de poder para el equipo, accionando el botón rojo de seguridad, evitando el choque de las mordazas. Figura 1.1

b. Medimos el diámetro en las probetas y una longitud de 30 mm en el centro de las probetas, luego ingresamos las dimensiones de la probeta al software. Figura1.2

Utilizando un calibrador digital, medimos el diámetro de las probetas. La figura muestra la medición del diámetro de la probeta de acero de construcción.

Figura 1.2

c. Manipulamos el software, utilizamos la opción WIZARD para ingresar claramente las dimensiones del diámetro y longitud inicial, para la cual la probeta había sido preparada.

Figura1.3.1



Muestra claramente como el software define la longitud inicial de la probeta

d. Centramos las probetas en las mordazas del equipo y los aseguramos. Figura 1.4 La imagen muestra como estuvo colocada la probeta de poliamida en las mordazas móviles del equipo de ensayo de tracción, que posteriormente aplicarán una fuerza de tracción en direcciones opuestas.

Figura 1.4

e. Se procederá a iniciar el ensayo, activando el equipo desde la computadora. Figura 1.5 En la imagen se puede apreciar a la probeta de poliamida luego de haber aplicado la fuerza de tracción, paramos el ensayo por falta de tiempo.

Figura1.5



f. Por último, el software nos muestra el gráfico obtenido luego del ensayo de tracción en nuestra probeta.

Figura 1.7 grafica de la tracción en poliamida y polietileno

Interpretación de las curvas características a) Cuantas veces más resistes es la poliamida en comparación con el polietileno. En su defecto, por la explicación brindada por el profesor es tres veces más resistente la poliamida que el polietileno. b) ¿Cómo se puede reducir la alta deformación en los polímeros? A

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Características mecánicas a temperatura ambiente de los polímeros más comunes

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2

σ (N/mm ) esfuerzo máximo


Poliamida 47.78MPa

Polietileno 23.13MPa

La resistencia a la tracción experimental del polietileno es de 23.13 MPa, mientras que la resistencia a la tracción teórica del polietileno se halla entre 22.1 y 31.0 MPa. Nuestro valor hallado se encuentra dentro de los rangos permitidos. La resistencia a la tracción experimental de la poliamida es de 47.78 MPa, mientras que la resistencia a la tracción teórica de la poliamida se halla entre 75.9 y 94.5 MPa. En esta experiencia nuestro valor no se acerca al rango mínimo establecido.

4. Resultados obtenidos:

1 2 3 4 5 6 7

CHECK LIST Conectar la máquina de ensayo antes de abrir el software test – xpert (interruptor principal ubicado en la parte posterior del equipo) Abrir el software y colocar en “ON” el botón de encendido del equipo Verificar los parámetros de operación del equipo y configurar los imputs y outputs necesarios para el reporte del ensayo (Wizard) Verificar las dimensiones de la probeta Verificar la distancia entre mordazas de acuerdo a la longitud de la probeta Colocar la probeta conforme al procedimiento descrito en la guía de laboratorio Operar el equipo (botón Start)

5. Test de comprobación: -

¿Cuándo se dice que un material está sometido a un esfuerzo de tracción? Un material está sometido a tracción cuando hay fuerzas externas que lo van estirando y en el caso del polietileno que tiene un límite elástico mayor a los metales tiene una buena resistencia a la tracción

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      


-


¿Qué es la fluencia? Es una técnica aplicable al estudio de las relajaciones mecánicas y provee información valiosa para el estudio y la determinación de los diferentes movimientos de las cadenas moleculares (lineal, ramificada, entrecruzada Y reticulada) en estos materiales sintéticos.

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¿Cómo se determina la fluencia en un polímero? La fluencia en un polímero se determina mediante la aplicación de un esfuerzo, de forma instantánea, y la mantenemos constante en un tiempo mientras se mide la deformación, luego se pasaría a un estudio microscópico, para observar los movimientos en su estructura molecular.

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¿Qué aspecto presenta la superficie de fractura de un polímero? Uno de los aspectos más perjudiciales para los polímeros es la radiación ultravioleta, ya que puede provocar la modificación de sus enlaces.

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¿Por qué lo polímeros tienen una deformación más significativa que los metales convencionales? La deformación del polímero va a depender de cómo está formada su estructura molecular, puede ser lineal, ramificada, entrecruzada y reticulada. Y las estructuras de los metales son redes cúbicas mucho más compactas, eso hace que los polímeros sean más fáciles de ser deformados. Mecanismos que puedan deformar a polímeros de esta forma deben ser unos que necesiten una buena resistencia a tracciones y un peso muy ligero.

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¿Cuál de los materiales ensayos tiene mayor plasticidad? Como sabemos al haber mayor área bajo la cura de esfuerzo deformación, indica que el material es más plástico.

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Entonces por consiguiente observamos que la POLIETILENO tiene mayor plasticidad porque tiene mayor área bajo la curva. -

¿La medida de deformación radial final (estricción) es adecuada para caracterizar el material sintético? Sí, porque ahí podemos notar que el tipo de estructura que posee el polímero (reticulada o lineal).

6.

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Observaciones El tiempo de espera para la rotura, cuando se realiza el ensayo de o tracción en polímeros, en nuestro caso poliamida y polietileno, es muy alto, esto debido a que los materiales utilizados presentan una mayor plasticidad en comparación con otros materiales.


o

o


La temperatura utilizada en nuestra experiencia fue a condiciones naturales, aproximadamente 24°C. Los datos con los que funciono la ZWICK/ ROELL fueron previamente ingresados por el profesor, en este caso como aumenta la carga, que tan rápido es llevado a tracción nuestra probeta.

7. Conclusiones: Se pudo entender el comportamiento de los polímeros analizados en el taller, siendo el polietileno el que presento menor plasticidad con respecto a la poliamida.

8. BIBLIOGRAFÍA o

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Ellis, W.J. (1998) Ingeniería de materiales. México D.F.: Repr. y Serv. de Ingeniería (620.1/E46) William D. Callister, Jr. (2009) Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. México. Limusa Wiley

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