Cómo influye el agua en las propiedades mecánicas de los polímeros

En primer lugar, abordemos la cuestión de por qué el agua es un problema para una pieza fabricada con termoplásticos. Los libros de texto describen que la absorción de agua para algunos tipos de poliamida (PA) es realmente alta tanto en humedad relativa del 50% como en agua. Esto por sí solo no sería el problema, pero la absorción de agua da lugar a propiedades muy diferentes de los materiales. Por ejemplo, el módulo de la poliamida (PA) disminuye hasta un 66% en una atmósfera húmeda. Por tanto, conocer la pérdida de rigidez de un material termoplástico es esencial en la construcción de piezas de polímero. ¿Cómo puede ayudar el análisis mecánico dinámico (AMD) en esta cuestión?

DMA en teoría

En este método, se aplica una fuerza sinusoidal (tensión) a la muestra como entrada. El resultado es una deformación sinusoidal. A partir de ambos parámetros, puede calcularse el módulo, que se refiere a la rigidez del material. Pero podemos averiguar aún más cosas sobre el material mediante una medición DMA Tomemos el ejemplo de un hombre que tiene una pelota en la mano. Deja caer la pelota al suelo, pero la pelota no vuelve a la altura original de la mano del hombre. Esto ilustra que el material ejerce comportamientos diferentes. La energía almacenada que queda en la pelota para volver a subir desde el suelo está relacionada con el módulo de almacenamiento E'. La altura que falta para que la pelota no salte hacia arriba está relacionada con la energía disipada asociada al Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida (E"). Al final, también obtenemos información sobre el comportamiento de amortiguación del material.

En los ejemplos siguientes, se hace referencia sobre todo al módulo de almacenamiento, porque este parámetro es el más estrechamente relacionado con la rigidez del material y, por tanto, el más importante en la construcción de una pieza de polímero.

Ejemplo 1: Poliamida 6 en atmósfera húmeda

La medición se realizó con un DMA 242 E Artemis combinado con un generador de humedad.en el horno se aplica una humedad relativa que permite medir las propiedades mecánicas dinámicas de un material sometido a humedad. Se midió una muestra de PA 6 a una frecuencia de 1 Hz y una temperatura de 40 °C en modo de tensión. La humedad relativa se incrementó gradualmente del 0% al 75% a lo largo del tiempo. La rigidez (descrita por el módulo de almacenamiento E') del material se midió en estos pasos de humedad relativa. Se observa claramente que la rigidez del material disminuye con el aumento de la humedad relativa. Con una humedad relativa del 50%, el módulo de almacenamiento disminuyó aproximadamente un 74%.

Ejemplo 2: Poliuretano en baño de inmersión

Para este ejemplo, el DMA 242 E Artemis se equipó con un baño de inmersión, que es un recipiente de acero que puede aplicarse sobre el portamuestras. Es aplicable a todos los portamuestras y modos de deformación del DMA 242 E Artemis. El poliuretano (PU) se midió a varias frecuencias, a una temperatura de 25 °C y en modo de tensión. En la figura 3 se aprecia claramente en qué momento se añadió el agua al recipiente. Se observa una disminución del módulo de almacenamiento durante el tiempo que el agua estuvo en contacto con el material. La disminución es significativa y asciende aproximadamente al 17%.

Hay que tener en cuenta el efecto de la humedad o los líquidos en los materiales a la hora de construir piezas de polímero para distintas aplicaciones. Si una pieza se diseña con la rigidez original del material, es probable que la pieza falle en su entorno de aplicación. Esto puede evitarse comprobando las propiedades mecánicas dinámicas en condiciones de servicio mediante el análisis mecánico dinámico. Obtenga más información sobre DMA 242 E Artemisaquí. ¿Sabía que? La absorción de agua suele provocar un cambio en las dimensiones de una pieza. El TMA equipado con un generador de humedad puede ayudar a evaluar el cambio de longitud bajo una atmósfera húmeda. ¡ Síganos en LinkedIn para no perderse el artículo!