Características de los Plásticos Cerca del Punto de Fusión
Cerca del punto de fusión, los plásticos exhiben características particulares:
- Fluidez: Capacidad de fluir bajo presión.
- Deflexión elástica creciente: La deflexión elástica aumenta con el tiempo bajo la aplicación de una carga.
Las propiedades de un plástico dependen de la temperatura, y un plástico atraviesa diferentes «estados» según la temperatura:
- Plástico
- Viscoelástico
- Correoso (Leathery)
- Gomoso (Rubbery)
- Viscoso
Meseta del estado gomoso (Rubbery plateau): Si un polímero se calienta demasiado, puede causar despolimerización o degradación. Es crucial evitar la descomposición durante el moldeado a alta temperatura, especificando una temperatura máxima de trabajo.
Viscoelasticidad
La viscoelasticidad se refiere a la dependencia de la deformación con respecto al tiempo bajo la aplicación de una carga. En polímeros, es importante considerar la rapidez de la deformación, no solo la carga.
- Deformación rápida: Comportamiento frágil, baja tenacidad a la fractura (las cadenas no tienen tiempo para desenredarse).
- Carga prolongada: Flujo viscoso, alta deformación (fenómeno de creep).
El Fenómeno de Creep (Fluencia)
El creep (fluencia) es el incremento de la deformación de un polímero con el tiempo bajo una carga constante a temperatura constante. Este fenómeno es más perjudicial a mayor carga o temperatura.
Relajación por Fluencia
A desplazamiento constante, la tensión necesaria para producir fluencia disminuye con el tiempo. La deformación de fluencia se superpone a la deformación elástica, causando una relajación de la tensión. Con el tiempo, la deformación de fluencia reemplaza a la elástica, requiriendo menor tensión para la misma deformación.
Materiales Resistentes al Creep
Requisitos para la resistencia a la fluencia:
- Alta temperatura de fusión (o reblandecimiento en polímeros).
- Operar a menos de 0.3 veces la temperatura de fusión.
Caso especial de los polímeros:
- Polímeros densamente entrecruzados (ej. resinas epoxi).
- Aumento de la viscosidad (mayor masa molecular).
- Polímeros cristalinos (total o parcialmente) son más resistentes que los amorfos (ej. polietileno de alta densidad vs. polietileno de baja densidad).
Mejoras en polímeros:
- Cargas con rellenos (polvo de vidrio o sílice).
- Materiales compuestos con fibras continuas (GFRP y CFRP): las fibras soportan parte de la carga y resisten la fluencia.
Caso especial de las cerámicas:
La fluencia es más significativa con tamaño de grano fino. Se reduce aumentando el tamaño de grano mediante tratamientos térmicos.
Estado Vítreo (Glassy)
A bajas temperaturas, la viscosidad es alta, limitando el movimiento de las cadenas moleculares. La deformación elástica es baja, y el comportamiento es rígido y frágil. Los materiales en estado vítreo son más fuertes, dimensionalmente estables y resistentes al creep.
Transiciones de estado: Sólido (vítreo) -> Correoso (tenaz y elástico) -> Gomoso -> Líquido (viscoso)
- Correoso (Leathery): Justo por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg), conserva rigidez y fuerza.
- Gomoso (Rubbery): Por encima del estado correoso, aparece flujo viscoso, menor resistencia y elasticidad (usado en extrusión).
Estado Líquido
Las moléculas se mueven sin restricción, adecuado para fundición y formado. A temperaturas muy altas, el polímero puede degradarse (ruptura de enlaces covalentes).
Comportamiento Mecánico y Temperatura
El comportamiento mecánico de los plásticos varía con la temperatura:
- Por debajo de Tg: Deformación elástica, comportamiento frágil.
- Por encima de Tg: Deformación plástica, comportamiento dúctil.
- Termoplásticos por encima de Tg: Comportamiento dúctil, «endurecimiento en frío» (alineación molecular, mayor resistencia en la dirección de estiramiento, menor resistencia perpendicular).
Resistencia (Oposición a la deformación plástica)
Dependencia del módulo con el tiempo y la temperatura