Fractura en polímeros
La fractura de polímeros es el estudio de la superficie de fractura de un material que ya ha fallado para determinar el método de formación y extensión de grietas en polímeros tanto reforzados con fibra como de otra manera. [1] La falla en los componentes de polímeros puede ocurrir a niveles de tensión relativamente bajos, muy por debajo de la resistencia a la tracción debido a cuatro razones principales: tensión a largo plazo o ruptura por fluencia, tensiones cíclicas o fatiga., la presencia de fallas estructurales y agentes de agrietamiento por tensión. Se han estudiado las formaciones de grietas submicroscópicas en polímeros bajo carga mediante técnicas de dispersión de rayos X y se han analizado las principales regularidades de formación de grietas bajo diferentes condiciones de carga. La baja resistencia de los polímeros en comparación con los valores predichos teóricamente se debe principalmente a las muchas imperfecciones microscópicas que se encuentran en el material. Estos defectos, a saber, las dislocaciones, los límites cristalinos , las capas intermedias amorfas y la estructura de bloques pueden conducir a una distribución no uniforme de la tensión mecánica.
Teniendo en cuenta la trayectoria viscoelástica a pequeña deformación basada en procesos de velocidad activados térmicamente. Cuando la deformación alcanza valores más altos, lo suficientemente altos como para conducir a la falla, su pendiente frente al tiempo exhibe un cambio abrupto. En este momento específico, la función de fluencia aparece como mínima. [2] En la mayoría de los casos, se puede utilizar DMTA (análisis térmico mecánico dinámico) para determinar el comportamiento viscoelástico de las muestras en función del tiempo. Un caso clásico es cuando la manguera de goma se rompe debido a la fluencia después de muchos años de servicio. El DMTA se puede usar para juntas tóricas y juntas para medir las tasas de fluencia.
El término fatiga se refiere al efecto de cargas cíclicas o intermitentes. La carga cíclica debida a la tensión mecánica oscilante o al calentamiento y enfriamiento alternativos es más perjudicial que la carga estática. Bajo carga cíclica, las grietas se inician en sitios localizados dentro de la pieza y aumentan de tamaño durante el ciclo. En última instancia, se expanden y se unen hasta tal punto que el material ya no puede contener ni soportar la tensión. Las fracturas se pueden caracterizar por una serie de bandas de crecimiento de grietas concéntricas que crecen desde el sitio de iniciación de la superficie. La carga cíclica puede provocar fallas en el polímero debido a: escisión de la cadena, acumulación de calor debido a la histéresis, recristalización del material y generación acumulada de grietas.
La escisión de la cadena se produce en un polímero como resultado de un intenso calor localizado. el enlace químico en el esqueleto de un polímero puede romperse con la generación de radicales libres por calor, irradiación ionizante, tensión mecánica y reacciones químicas. Estas escisiones en número múltiple hacen que se produzca una inicialización de la punta de la fractura seguida de su crecimiento. [3]
Los polímeros son viscoelásticos por naturaleza y exhiben histéresis mecánica incluso a deformaciones moderadas debido al alargamiento y contracción continuos. Parte de esta energía de deformación inelástica se disipa como calor dentro del polímero y, en consecuencia, la temperatura del material aumentará en función de la frecuencia, la temperatura de prueba, el ciclo de tensión y el tipo de polímero. A medida que aumenta la temperatura dentro del polímero, la rigidez y el límite elástico disminuirán, y la falla térmica se convierte en una posibilidad a medida que los niveles de deformación se vuelven excesivos.
