El agrietamiento es el fenómeno que produce una red de finas grietas en la superficie de un material, por ejemplo en una capa de esmalte . El agrietamiento con frecuencia precede a la fractura en algunos polímeros termoplásticos vítreos . Como solo tiene lugar bajo tensión de tracción, el plano del agrietamiento corresponde a la dirección de la tensión. El efecto se distingue visiblemente de otros tipos de agrietamiento fino porque la región de agrietamiento tiene índices de refracción diferentes del material circundante. El agrietamiento ocurre en regiones de alta tensión hidrostática , o en regiones de fluencia muy localizada , lo que conduce a la formación de microhuecos interpenetrantes y pequeñas fibrillas. . Si una carga de tracción aplicada es suficiente, estos puentes se alargan y se rompen, provocando que los microhuecos crezcan y se fusionen; a medida que los microhuecos se fusionan, comienzan a formarse grietas .
Polímeros
El agrietamiento se produce en los polímeros porque el material se mantiene unido por una combinación de fuerzas de Van der Waals más débiles y enlaces covalentes más fuertes . El estrés local suficiente supera la fuerza de Van der Waals, lo que permite una brecha estrecha. Una vez que se elimina la holgura de la cadena principal, los enlaces covalentes que mantienen unida la cadena impiden que se ensanche aún más el espacio. Los huecos en una locura son de tamaño microscópico. Las locuras se pueden ver porque la luz se refleja en las superficies de los huecos. Los huecos están cubiertos por finos filamentos llamados fibrillas, que son moléculas de la cadena principal estirada. Las fibrillas tienen solo unos pocos nanómetros de diámetro y no se pueden ver con un microscopio óptico, pero son visibles con un microscopio electrónico. [1] [2] [3]
El perfil de espesor de un agrietamiento es como una aguja de coser: la punta del agrietamiento puede ser tan delgada como varios átomos. A medida que aumenta la distancia desde la punta, tiende a espesarse gradualmente y la tasa de aumento disminuye con la distancia. Por lo tanto, el crecimiento del agrietamiento tiene una distancia crítica desde la punta. El ángulo de apertura del agrietamiento se encuentra entre 2 ° y 10 °. El límite entre el agrietamiento y el polímero a granel circundante es muy nítido, cuya microestructura se puede reducir a 20 Å o menos, lo que significa que solo se puede observar mediante microscopía electrónica. [4]
Una manía es diferente de una grieta en que no se puede sentir en la superficie y puede continuar soportando una carga. Además, el proceso de crecimiento de la locura antes del agrietamiento absorbe la energía de la fractura y aumenta efectivamente la tenacidad de la fractura de un polímero. Se ha descubierto que la absorción de energía inicial por metro cuadrado en una región de locura es hasta varios cientos de veces mayor que la de la región no resquebrajada, pero rápidamente disminuye y se estabiliza. Las locuras se forman en regiones altamente estresadas asociadas con arañazos, defectos, concentraciones de estrés y falta de homogeneidad molecular. Las grietas generalmente se propagan perpendicularmente a la tensión aplicada. El agrietamiento ocurre principalmente en polímeros amorfos y quebradizos como poliestireno (PS), acrílico (PMMA) y policarbonato ; se caracteriza por un blanqueamiento de la región enloquecida. El color blanco se debe a la dispersión de la luz de las manías.
La producción de cuarteado es un proceso reversible, después de aplicar un esfuerzo de compresión o temperatura elevada (superior a la temperatura de transformación del vidrio), puede desaparecer y los materiales volverán a un estado ópticamente homogéneo.
La banda de cizallamiento es la región estrecha con un alto nivel de deformación por cizallamiento por ablandamiento por deformación local; también es muy común durante la deformación de materiales termoplásticos. Una de las principales diferencias entre el agrietamiento y las bandas de corte es que el agrietamiento se produce con un aumento de volumen, lo que no ocurre con las bandas de corte. Esto significa que, bajo compresión, muchos de estos polímeros amorfos y quebradizos cortan la banda en lugar de agrietarse, ya que hay una contracción del volumen en lugar de un aumento. Además, cuando se produce el agrietamiento, normalmente no se observará un "estrechamiento" o concentración de fuerza en un punto de un material. Por el contrario, el agrietamiento se producirá de forma homogénea en todo el material.
Endurecimiento de caucho
Las partículas de caucho se utilizan a menudo para endurecer materiales termoplásticos. Después de la modificación, la capacidad de absorber energía aumentará significativamente. En el caso de algunos materiales plásticos frágiles, incluso pueden pasar por una transformación dúctil frágil. Anteriormente, las partículas de caucho se consideraban el principal contribuyente al aumento de la absorción de energía. Se propuso que las partículas de caucho podrían acumularse alrededor de las puntas de las grietas bajo tensión e impedir el crecimiento de las grietas, o la contracción de las partículas de caucho induciría la disminución de la temperatura de transformación del vidrio de la matriz. Sin embargo, los experimentos mostraron que la energía absorbida por las partículas de caucho constituía solo el 10% de la energía total, y la disminución de la temperatura de transformación del vidrio causada por el caucho fue de solo alrededor de 10 K, lo que no fue suficiente para que la matriz se rindiera a temperatura ambiente.
Schmitt y Bucknall desarrollaron el mecanismo de endurecimiento del caucho de acuerdo con la existencia de blanqueamiento por tensión y cizallamiento cuando la tensión es menor que la resistencia a la fractura. [5] Propusieron que las partículas de caucho servían como centro de concentración de tensiones, por lo que iniciaron la transformación frágil-dúctil y el rendimiento del material de la matriz. Para especificar, la fluencia ocurre en forma de agrietamiento o banda de corte, que puede consumir una gran parte de la energía de deformación.
Efecto ambiental
El agrietamiento puede tener lugar en polímeros vítreos bajo efectos ambientales. Es problemático porque requiere un estado de estrés mucho menor y, a veces, ocurre después de una gran demora, lo que significa que es difícil de detectar y evitar. Por ejemplo, los contenedores de PMMA de uso diario son bastante resistentes a la humedad y la temperatura sin ningún defecto visible. Después de lavarlos a máquina y dejarlos al aire durante uno o dos días, se cerrarán abruptamente cuando se mojen con ginebra. [ cita requerida ] Durante el proceso, la tensión aplicada es insignificante, pero todavía se encuentran grietas en los contenedores.
Hay muchas teorías que intentaron explicar los efectos ambientales sobre la formación del agrietamiento, entre las cuales la reducción de energía superficial y la plastificación son ampliamente aceptadas y están bien desarrolladas. [6] Para eliminar el agrietamiento y el agrietamiento ambiental, se adoptan muchos métodos como el revestimiento de superficies y la reducción de tensiones. Sin embargo, debido a la complicidad de los efectos ambientales, especialmente los efectos en el ambiente orgánico, es difícil encontrar una solución general y eliminar el efecto por completo.
Construcción
El agrietamiento también se observa en membranas de techo de una sola capa, sellador de juntas y en concreto cuando no se siguen las buenas prácticas de concreto.
Cerámica
El agrietamiento es un defecto de esmalte de la cerámica vidriada . Caracterizado como un patrón de telaraña de grietas que penetran en el esmalte, es causado por tensiones de tracción mayores que las que el esmalte es capaz de soportar. [7] [8] En alfarería se hace a menudo una distinción entre agrietamiento, como defecto accidental, y " crujido ", cuando el mismo fenómeno, a menudo fuertemente acentuado, se produce deliberadamente. Los chinos, en particular, disfrutaron de los efectos aleatorios del crujido y mientras que en la vajilla Ru parece haber sido una característica tolerada por la mayoría de las piezas, pero no buscada, en la vajilla Guan un fuerte crujido era un efecto deseado.
Odontología
El agrietamiento también se usa como un término en odontología para describir grietas finas en el esmalte de los dientes.
Metáfora
El sentido de raíz de "loco" en inglés, que significa "romper, aplastar o romper", se remonta al 1300. [9] Los sentidos metafóricos que nos son familiares hoy en día se derivan del enloquecimiento en la cerámica: “loco”, que significa “enfermo o enfermizo”, se remonta aproximadamente a 1570; “De mente enferma”, hasta aproximadamente 1610. [10]
Referencias
- ^ Paul A. O'Connell y Gregory B. Mckenna. Enciclopedia de ciencia y tecnología de polímeros . John Wiley & Sons, Inc. págs. 657–681. Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Doi, M .; Edwards, SF (1978). "Dinámica de sistemas de polímeros concentrados. Parte 1.? Movimiento browniano en el estado de equilibrio". Revista de la Sociedad Química, Transacciones de Faraday 2 . 74 : 1789–1801. doi : 10.1039 / F29787401789 .
- ^ McLeish, TCB ; Plummer, CJG; Donald, AM (1989). "Agrietamiento por desenredo: reptación no difusiva". Polímero . 30 (9): 1651. doi : 10.1016 / 0032-3861 (89) 90325-X .
- ^ Kambour, RP (1973). "Una revisión del agrietamiento y la fractura en termoplásticos". Journal of Polymer Science: revisiones macromoleculares . 7 (1): 1-154. doi : 10.1002 / pol.1973.230070101 . ISSN 0076-2083 .
- ^ BUCKNALL, CB; CLAYTON, D. (31 de mayo de 1971). "Estudios dilatométricos de agrietamiento en plásticos endurecidos con caucho". Ciencia física de la naturaleza . 231 (22): 107–108. Código Bibliográfico : 1971NPhS..231..107B . doi : 10.1038 / physci231107a0 . ISSN 0300-8746 .
- ^ Dunn, P .; Sansom, GF (agosto de 1969). "El agrietamiento por tensión de poliamidas por sales metálicas. Parte I. Haluros metálicos". Revista de ciencia aplicada de polímeros . 13 (8): 1641–1655. doi : 10.1002 / app.1969.070130806 . ISSN 0021-8995 .
- ^ "Tecnología de esmalte de cerámica". JRTaylor, ACBull. Instituto de Cerámica / Pergamon Press. 1986.
- ^ Esmaltes de cerámica. 3ª edición. Parmelee CW The Maple Press Company. 1973
- ^ "Locura | Origen y significado de locura por Diccionario de Etimología en línea" .
- ^ "Loco | Origen y significado de loco por Diccionario Etimológico Online" .
enlaces externos
- Entendiendo el agrietamiento
- Agrietamiento en techos de una sola capa: causas, restauración
- Agrietamiento de superficies de hormigón
- Imágenes de enloquecimiento a través de Google Images (busque las imágenes de finas 'grietas')