Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 2009, S2 (1): 129-130

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DE TANSICIÓN VÍTREA EN EL ABLANDAMIENTO POR DEFORMACIÓN DE POLÍMEROS SEMICRISTALIZADOS

Mariajosé Pineda Manzano Dpto. de Aplicaciones, Sección de Análisis Físico, Investigación y Desarrollo C.A. (Indesca). Edo. Zulia - Venezuela

E-mail: mpineda@indesca.com

Trabajo presentado en el XIII COLOQUIO VENEZOLANO DE POLÍMEROS, 11 al 14 de Mayo de 2009 (Naiguatá, Venezuela). Selección de trabajos a cargo de los organizadores del evento.

Disponible en: www.polimeros.labb.usb.ve/RLMM/home.html

Abstract The strain softening phenomena is an intrinsic property of each material. This property involves the capacity of the

polymer’s molecules to absorb energy when the material is under shear stresses. Depending on the material’s internal state, these stresses produce molecular movements that increase polymer´s internal energy. After reaching the yielding point, the strain softening phenomena is exhibited. The glass transition temperature influences directly on the internal movement of the macromolecules, which becomes higher while the amorphous zones is getting softer.

Keywords: Strain softening, Temperature of glassy transition, Internal energy, Amorphous zone.

Palabras Claves: Ablandamiento por deformación, Temperatura de transición vítrea, Energía interna, Zona amorfa.

1. FENÓMENO DE ABLANDAMIENTO POR DEFORMACIÓN. Luego de superar el límite de fluencia de algunos polímeros semicristalizados sometidos a cargas, tiene lugar el llamado fenómeno de ablandamiento por deformación, durante el cual el material puede continuar deformándose establemente a menores tensiones (caída del esfuerzo con incrementos de deformación). Durante la producción del fenómeno, se observa una reducción preferencial del área transversal del material y la formación de un cuello. En la fase inicial de la deformación (zona elástica), el material se encuentra almacenando energía interna y se están produciendo deslizamientos de los planos cristalográficos en la dirección de la cadena, movimientos de dislocaciones, cambios del tipo de celda unitaria (transformación martensítica), entre otros. Adicionalmente, al encontrarse las regiones amorfas, por lo general, en estado cuasi-cauchoso, éstas permiten que los cristales sufran deformaciones por esfuerzos cortantes con leves distorsiones que, al cesar la tensión, puede recuperar su estado inicial. A medida que se continúa incrementando la deformación, se acentúan los procesos localizados en los cristales que conduce a que los agregados lamelares se destruyan [1][2][5], los cristales sufran una fusión parcial y las cadenas comiencen a reorientarse irreversiblemente,

mostrando un reblandecimiento del material y dando paso a la llamada transformación esferulítica-fibrilar [2]. 2. EFECTO DE LA TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA. Dependiendo de la capacidad de absorción de energía por parte del material, el comportamiento mecánico del polímero es variable. Uno de los factores que determinan esta absorción de energía es la Temperatura de Transición Vítrea (Tg), la cual determina el estado de las zonas amorfas. Cuando el polímero es enfriado por debajo de esta temperatura, las zonas amorfas se vuelven rígidas y quebradizas y, al incrementar su temperatura hasta Tg o por encima, se vuelven cada vez más blandas [3]. En la zona cristalizada, se registra la temperatura de fusión y en la amorfa la temperatura de transición vítrea (Tg) y, teniendo un polímero regiones cristalizadas y amorfas, exhibirá ambas temperaturas tomando en cuenta que las cadenas que funden no son las mismas que experimentan transición vítrea [4]. Las zonas amorfas, al estar por encima de Tg, se encuentran en movimiento permitiendo la transformación de la energía cinética en energía calorífica, que se incrementa debido a los esfuerzos cortantes originados (energía mecánica). Este

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incremento de energía ayuda a que se origine la fusión parcial de los cristales, originando el fenómeno de ablandamiento; caso contrario sería si estas zonas están por debajo de Tg, ya que se encontrarían en estado frágil, rígido y quebradizo, y no soportarían los incrementos bruscos de deformación, fallando sin presentar el fenómeno. De igual forma, la energía que ha sido acumulada durante las primeras etapas de deformación, se convierte en energía calorífica cuyo almacenamiento comienza a través de las zonas amorfas que luego, a través de fenómenos de transporte, transmiten esta energía a los cristales, logrando reblandecerlos y haciendo que el material se torne menos resistente (disminución del esfuerzo que opone el material), dejándose guiar por la dirección de aplicación de la carga y generando nuevas orientaciones en los cristales que finalmente se endurecen para continuar con las etapas finales de deformación y la ruptura. En la Figura 1, se observan dos ensayos de tensión llevados a cabo en una muestra de polietilén tereftalato PET, a una temperatura superior a la de transición vítrea del material y a una inferior (Tg del PET es aproximadamente 80ºC).

Esfuerzo Verdadero vs. Deformación Verdadera de una muestra de PET

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Deformación Verdadera (mm/mm)

Esfu

erzo

Ver

dade

ro (M

Pa)

PET evaluado por debajo de Tg PET evaluado por Encima de Tg

Figura 1. Ensayo de tensión de una muestra de PET llevado a cabo por encima y por debajo de Tg.

En la Figura 1 se observa la influencia la temperatura en el comportamiento del material y la presencia del fenómeno (En la curva punteada existe una disminución del esfuerzo por el reblandecimiento del material, luego de la fluencia); cabe destacar que el material se evaluó a temperatura atmosférica (temperatura por debajo de Tg), y aproximadamente a 110ºC (superior a Tg). Otros factores como la rigidez de la estructura molecular del material, no favorecen el movimiento necesario para que ocurra la fusión parcial de los

cristales, como es el caso de materiales como el polipropileno (PP), que en su disposición posee una alteración de la estructura química del monómero [5], lo que reduce la movilidad de la cadena, desfavoreciendo la presencia del ablandamiento por deformación y, debido a esta misma rigidez, hace más difícil que el material transforme internamente la energía de deformación. 3. CONCLUSIONES El fenómeno de ablandamiento por deformación es una propiedad intrínseca del material, cuya presencia en el comportamiento de cada polímero se ve afectada por la temperatura a la que esté sometido el material al momento de la deformación. La temperatura de transición vítrea denota el estado de la zona amorfa del polímero, a través de la cual se inicia el movimiento intermolecular que transforma la mayor cantidad de energía en calor que pasa a los cristales para reblandecerlos. La rigidez del material es una propiedad que igualmente afecta la presencia del fenómeno. 4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Sánchez Mora, Johan José (2003).

Comportamiento Térmico y Mecánico del Poli (Etilén Tereftalato) (PET) Modificado con Resinas Poliméricas Basadas en Bisfenol – A. Tesis Doctoral. Biblioteca de La Universidad Simón Bolivar (USB). Caracas, Venezuela.

[2] Brydson, J.A. (1995). Plastics Materials, Sexta Edición. Oxford, Inglaterra: Butterworth Heinemann.

[3] Pineda M., Mariajosé; Bohórquez, Joel; Torres Agustín y Da Fonseca Zeferino. (2008). Deformación en Polímeros Termoplásticos. Investigación y Desarrollo C.A. Complejo Petroquímico El Tablazo, Edo. Zulia, Venezuela.

[4] Universidad del Sur de Mississippi, Departamento de Ciencias de Polímeros. La Transición Vítrea.(1997)

[5] Departamento de Aplicaciones de Investigación y Desarrollo, C.A., (2006). Introducción a los Polímeros: Fundamentos y Propiedades. Complejo Petroquímico Ana María Campos (El Tablazo), Edo. Zulia, Venezuela

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