Caracterización Propiedades de

los materiales

Caracterización Propiedades de

los materialesAlberto Rosa + Francisco J. González MadarigaCuerpo Académico 381_Innovación Tecnológica para el DiseñoUniversidad de Guadalajara

Diseño

Propiedades

Precio y disponibilidad

Propiedades de producción, facilidad

de manufactura, fabricación, unión,

acabado...

Propiedades estéticas, apariencia, textura,

tacto

AtribuidasPropiedades

mecánicas de volumen

Intrínsecas

Propiedades de volumen no mecánicas

Propiedades superficiales

Cómo las propiedades de los materiales afectan la manera de diseñar productos

Hoja técnica

51

Resistencia

química

A

SB

MMA

Resistencia a

abrasión, dureza

SAN

MABSCopolímero

Resis

tenc

ia a

ace

ites

Resis

tenc

ia

NBK

TransparenciaDureza

Fragilidad, prop.

eléct., procesabilidadProp. a bajas te

mp.

Resistencia

SBK

AcrilonitriloCH2=CH-CN

CH2=C-COO-CH3

CH3

Metilmetacrilato

EstirenoCH=CH2

ButadienoCH2=CH-CH=CH2

Figura 3.1 Efectos de los componentes que integran el Copolímero MABStransparente [Domininghaus,1993]

3.1.2 MABSEl contenido de butadieno en los polímeros ABS impide queéste pueda ser transparente, por lo que, para obtener un ABStransparente sin perder significativamente las propiedadesmecánicas, se realiza una sustitución parcial del acrilonitrilo yel estireno por el metil-metacrilato, resultando un M+ABS, elcual es un sistema en dos fases de cuatro componentes. El modoen que los componentes actúan se muestra en la figura 3.1.

Norma ISO

Norma ASTM

!

!

Area A Area A

F

F

F

!

!

!

!

!

!

p

pp

p

pp

"

"

Pure shear, " =FsA

Biaxial tension, ! = FA

FA

Hydrostatic pressure, p = –

Simple tension, ! = Simple compression, ! =FA

FA

Figure 3.2 Common states of stress: tension, compression, hydrostatic pressure, and shear.

34 Chapter 3 The elastic moduli

Tensión simple Compresión simple

Tracción biaxial Presión hidrostática

Cizalla pura

Estados tensionales

Módulo elástico

Caracterización mecánica

Ensayo a tracción

Máquina de ensayos

Centre Català del Plàstic / Terrassa

Módulo elástico

Fractura frágil Crazes

Fluencia Bandas de cizalladura

157

4.2.2 Ensayos a tracciónSe realizaron por separado ensayos a tracción de los materialesque componen la estructura bicapa, para después realizarenayos sobre la estructura conformada para comparar losresultados. Asimismo se calculó el módulo aparente a tracciónutilizando la ley de las mezclas para configuraciones paralelas.

A) Resultados para el MABSLa tabla 4.6 muestra los resultados de esta caracterización adiferentes velocidades de ensayo.

Tabla 4.6 Resultados de los ensayos a tracción para el MABS

Velocidad deseparación

de lasmordazas(mm/min)

151050100

Tensión enel punto de

fluencia!!!!!y

(N/mm2)

32.6±1.335.1±1.536.7±2.341.0±1.842.3±1.3

Deformación enel punto de

fluencia"""""y

(mm/mm)

0.0340.0380.0360.0350.033

Tensión enel punto de

rotura!!!!!r

(N/mm2)

45.8±1.248.9±1.652.9±1.340.2±1.145.8±1.4

Deformaciónen el puntode rotura

"""""r(mm/mm)

0.5960.6110.6760.2780.408

Móduloelásticolineal

E(MPa)

1864±221924±342857±143227±543874±68

La figura 4.50 muestra la evolución del módulo elástico lineal(E) en función de la velocidad de deformación del ensayo, comopuede observarse la línea de tendencia muestra una curvaascendente característica para polímeros amorfos.[Mung, 2007]

Figura 4.50 Evolución del módulo elástico lineal (E) en función de la velocidad dedeformación del ensayo.

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100

!y (N

/mm

2 )

Velocidad de separación de las mordazas (mm/min)

158

En la figura 4.51 se muestran cuatro probetas utilizadas en losensayos a tracción a diferentes velocidades (5, 10, 50, 100 mm/min). En ellas puede observarse que normalmente se origina ladeformación plástica y rotura en el extremo opuesto al puntode inyección. Esto se debe a que el método de producciónempleado (Inyección) produce que esta zona sea la de menornivel de compactación y resistencia de la probeta.

Obviamente, una mayor velocidad de desplazamiento de lasmordazas en los ensayos de tracción, y por tanto, una mayorvelocidad de deformación del plástico de la probeta provocauna menor formación del cuello en esta. Esto es debido a losenredos (entanglements) que constituyen una restricción almovimiento molecular que tiende a orientar las macromoléculasen la dirección del esfuerzo aplicado.

Figura 4.51 Probetas del ensayo a tracción a baja velocidad. La flecha roja indica elpunto de entrada de inyección

5 mm/min

10 mm/min

50 mm/min

100 mm/min

Los micromecanismos de deformación observados en el MABSson característicos de los polímeros multifásicos que contienenpartículas elastoméricas.

Velocidad de ensayo

MABS

B) C) D) E) A)

Velocidad de ensayo

PP

93

Figura 3.28 Dimensiones de las probetas de ensayo de flexión y disposición delmismo.

80mm

10mm

4mm

3.4.9 Ensayos de impacto por caída de dardoEn este tipo de ensayo una masa de peso conocido,comúnmente de forma semiesférica, se deja caer de una alturapredeterminada sobre la probeta. La probeta puede estarlibremente apoyada o fijada.

En este tipo de ensayos los esfuerzos que se desarrollan sobrela probeta son biaxiales, permitiéndo su evaluación en variasdirecciones. Esto lo hace útil para el ensayo de productosacabados.

La figura 3.29 esquematiza la geometría de caída de dardosobre un disco. El comportamiento elástico se puede obteneraplicando la teoría de flexión de placas circulares cargadas enel centro con borde apoyado.

Ensayo a flexión

Ensayo a impacto

Indice de fluidez

Caracterización térmica

Calorimetría diferencial

219

En los termogramas de los compatibilizantes por separado,sus picos de temperatura de fusión y cristalización son muydefinidos, en cambio en los termogramas de la mezcla, suspicos están mucho menos definidos lo que sugiere que noforma una fase separada, ya que, de lo contrario observaríamosambos picos bien definidos.

Figura 4.114 Termogramas del MABS, Surlyn y MABS+Surlyn 7% a 10min.

88°C106.4°C

107.7°C86.7°C

111.9°C

112°C46.3°C

49.8°C

Termograma

Otros ensayos

Ensayo de rayado

43

2.5.1 Principio en el que se basa el ensayoEl ensayo de rayado consiste en la aplicación de una carga sobrela superficie de un determinado material. (Figura 2.15) Esto eslogrado presionando una punta de un material muy duro sobrela superficie del material a ensayar. Al tiempo que la muestraes desplazada a una velocidad constante, las tensionesresultantes en la interfase causan marcas y escoriaciones en elrecubrimiento. El punto de inicio de fractura se denomina cargacrítica (Lc). A partir del análisis de las marcas dejadas por elindentador y de la fuerza aplicada, es posible conocerpropiedades y características del material ensayado como: elmódulo elástico, la tensión a la cedencia o el coeficiente defricción.

Carga normal FN

Detector de emisiónacústica

Soporte delindentador

Movimiento de lamuestra (dx/dt)

Rayado tangencial FT

Sensor de penetración

Figura 2.15 Representación esquemática de un ensayo de scratch

El método de rayado y otros tipos de ensayos para conocer ladureza de los materiales, han sido ampliamente utilizados paracaracterizar polímeros sólidos. [Stuart, 1996; Jardret, 1998;Loubet, 2000]. Para aplicaciones de tipo industrial, este ensayoes usado para recubrimientos, películas y pinturas. [Lin, 2001;Hana, 2000] Para el ensayo de rayado, los polímeros (conexcepción de los elastómeros) se estudian asumiendo que susmecanismos de deformación son de naturaleza elastoplásticao viscoelastoplástica. Las características de deformación de losmateriales se obtienen de la medición de la huella del rayado,así como de las características aparecidas durante el ensayo.

188

Figura 4.78 Huella del ensayo de rayado sobre el TPU con MABS de base (direccióndel ensayo en sentido transversal al flujo de extrusión, TD), se pueden apreciarclaramente las características olas en dirección del ensayo. La flecha señala ladirección del ensayo.

50 µm

TPU

Como puede observarse en las Figuras 4.78 y 4.79 la morfologíade la huella del ensayo de carga progesiva es similar sinimportar la orientación del material. La aparición de olas en elsentido de la dirección del ensayo se sitúa en el rango de 20 a40 N de carga, (Figura 4.80) esto debido a que en ese nivel decarga el material fluye bajo el indentador. Una vez que se hasuperado ese nivel de carga (> 40N) el material es compactadoy en algunos casos desprendido del fondo en forma depequeñas virutas, sin embargo no se produce la deslaminacióno separación del polímero que actúa como soporte.

190

Recuperación de la profundidad de penetración despuésdel rayado (Penetración residual)Una porción de material en la parte trasera del indentadorrecupera su forma casi instantáneamente al paso delindentador. Es obvio que a mayor recuperación elástica masdifícil es observar las marcas realizadas por el indentador. Encomparación con los metales, los polímeros tiene una consid-erable recuperación elástica, una vez que la carga ha dejadode aplicarse. La recuperación de los polímeros es posiblecuantificarla, a este registro se le conoce como porcentaje derecuperación (!).

En trabajos previos [Xiang, 2001] para polímeros semicristalinosse han observado altas recuperaciones viscoelásticas, del ordendel 70 al 85% bajo cargas de 30N. En nuestro caso, losresultados muestran que el registro de recuperación de laprofundidad de penetración correspondiente al MABS arrojavalores de 90%, mientras que para el ABS el valor es de 85% ypara el TPU el valor es de 98%, todos ellos con una carga de15N. (Figura 4.81)

Cabe resaltar que la curva de recuperación de la profundidadde penetración obtenida correspondiente al TPU es muy simi-lar al de MABS, esto se debe a que estos ensayos se realizaronsobre las estructuras bicapa obtenidas por coextrusión, en lascuales el espesor del TPU es de aproximadamente 0.15 mm,por lo que, la lectura de este material no es correcta.

Carga (N)

% R

ecup

erca

ión

Figura 4.81 Recuperación de la profundidad de penetración durante el ensayo decarga progresiva para los componentes de las estructuras bicapa.

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70

ABSMABSTPU Longitudinal

86

3.4.4 Espectroscopía infrarroja de reflexión totalatenuada (ATR)La espectroscopia infrarroja de reflexión total atenuada (ATR-IR) es utilizada para la realización de análisis superficiales enlos materiales. Esta técnica es adecuada para la caracterizaciónde materiales muy densos o muy absorbentes para seranalizados con un espectroscopio de transmisión o bien,cuando las modificaciones que se quieren controlar afectan auna capa muy superficial del material. Para materiales en brutoo filmes no se requiere ningún tipo de preparación superficialpara llevar a cabo el análisis por ATR.

El principio de funcionamiento de la ATR-IR se basa en incidirun rayo infrarrojo sobre un cristal de alto índice de refracción,permitiendo que la radiación impacte la muestra en variasocasiones. (Figura 3.23)

La superficie a analizar es puesta en contacto con la superficiedel cristal, normalmente de Seleniuro de zinc (ZnSe) o deGermanio (Ge). La radiación infrarroja del espectrómetropenetra en el cristal donde es reflectada y toca la superficie dela muestra en repetidas ocasiones hasta llegar al final del cristal,donde el haz regresa al espectrómetro para ser analizado. Losensayos se llevaron a cabo en un espectrómetro Shimadzu8400-S, con cristal de ZnSe.

Este ensayo se aplicó con la intención de determinar la apariciónde grupos funcionales en las muestras tratadas con TDC.

Figura 3.23 Esquema de funcionamiento de un Espectómetro ATR-IR.

Muestra

Cristal (ZnSE o Ge)

Rayo IR incidente

Espectrografía

216

4.4.3 Mezclas binarias MABS/Compatibilizante

A) Espectroscopia infrarroja de transformada de FourierEn el análisis por FTIR del MABS se destacan las siguientesbandas vibracionales características: La banda a 2240 cm-1

asociada a la vibración del grupo nitrilo, la banda a 1603cm-1

asignable a la tensión de vibración del estireno y las bandas a968cm-1 y a 910cm-1 debidas a la vibración del butadieno, todasellas características del ABS.

Además, en nuestro caso, se puede observar una banda muypronunciada a 1734cm-1 perteneciente a la vibración del grupocarbonilo, correspondiente al grupo metil-metacrilato. (Figura4.110).

El análisis del espectro FTIR de las mezclas binariasMABS+Compatibilizante sugiere, tanto en el caso del Surlyncomo en el caso del Elvaloy, que los picos mas representativosantes mencionados no se ven significativamente modificados(Figuras 4.111 y 4.112), para ninguno de los tres tiempos dereacción.

Nitrilo

0,00 0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75 0,80

1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1)

Abso

rban

cia

Figura 4.110 Espectro del MABS

Estireno

Butadieno

Carbonilo

85

El calentamiento se efectuó en atmósfera de nitrógeno a 2ºC/min en un intervalo de –100 a 150ºC para el MABS y laestructura bicapa. Para el TPU el rango de temperatura se elevóhasta los 180ªC.

Figura 3.22 A) Cabezal de flexotracción y B) De cizalla para ensayos en DMTA.

B

3.4.3 Espectroscopía infrarroja por transformada de Fou-rier (FTIR)Constituye una técnica espectroscópica de amplio uso que sebasa en la excitación de los modos de vibración de las moléculaspor la absorción de la radiación infrarroja. Aunque estacomprende números de onda (!) entre el visible y el microondas,la región del infrarrojo medio entre 4000-300cm1 es la másempleada desde el punto de vista práctico. Durante la excitaciónes necesaria una variación del momento dipolar de la moléculapara que se produzca una absorción en el IR que puedeasociarse a vibraciones de tensión (simétrica o asimétrica) o dedeformación. La detección de los grupos funcionales presenteses la principal aplicación de la técnica.

Para nuestro estudio utilizamos esta técnica con la finalidad derealizar un análisis de las mezclas resultantes en la fase dereciclado de los materiales que componen las estructurasbicapa, tanto con el uso de agentes compatibilizantes, comosin el uso de estos.

Los espectros fueron registrados en un espectrómetro detransformada de Fourier marca Nicolet 510 FTR, dotado de undispositivo informático para la adquisición y tratamiento de losespectros a través del programa OMNIC v2.0 de Nicolet,realizándose el registro de fondo (“background”) y de losespectros de las muestras con 32 barridos a una resolución de1 cm-1, en el rango 4500-400 cm-1. Las muestras se prepararonde dos modos, compactadas con KBr en forma de pastilla, ymoldeadas por compresión-fusión a alta temperatura formandopelículas delgadas.

A

Análisis térmico-dinámico

154

tan

!

Temp. (ºC)

4.2.1 Análisis por DMTALos valores encontrados en los ensayos de DMTA para el MABS,TPU y la estructura bicapa se reflejan en la tabla 4.5.

Figura 4.47 Termograma del factor de pérdida mecánica (tan !) para el MABS.(Frecuencia 1Hz, Velocidad: 2ºC/min).

Las temperaturas de transición vítrea de la matriz SAN del MABSy de la fase elastomérica del mismo corresponden a los picosobservados en la Figura 4.47 en el eje del factor de pérdidamecánica (tan !). La temperatura de transición vítrea para lafase SAN del MABS es de Tg= 110°C. La temperatura detransición vítrea de la fase elastomérica se sitúa a -65°C. Estosregistros coinciden con la literatura de referencia [Lach, 2002],que afirma que a temperaturas cercanas a los -70°C se observaun comportamiento a fractura del MABS completamente frágil.

Tg (ºC)

110

-65

-51

-62

MABS (Fase SAN)

MABS (Fase elastomérica)

TPU

Bicapa (MABS+TPU)

tan ! ! ! ! ! (max)

1.65

0.22

0.77

0.90

Tabla 4.5 Valores de los esnsayos de DMTA

0

0.5

1

1.5

2

-100 -50 0 50 100 150

MABS

Transición vítrea

94

Figura 3.29 Esquema del ensayo de impacto de flexión de platos

Dardo o impactor

Probeta

Soporte

La deflexión máxima ! al aplicar una fuerza, en el centro de undisco circular de espesor h y radio a, simplemente apoyado,ocurre en el centro del disco y esta dado por:

( )( ) Dv

vaF*1**16

3** 2

++=

"!

Donde ! es la deflexión, # es el coeficiente de poisson, F es lafuerza, a es el radio de la probeta, y h es el espesor de la probeta.Para obtener la rigidez a la flexión de la placa, se utiliza lasiguiente ecuación:

( )2

3

1*12*

vhE

D$

=

(3.8)

(3.9)

Donde D es la rigidez a la flexión de una placa,y E es el módulode elasticidad.

#

##

Ensayo de impacto alta velocidad

167

Tiempo (ms)

F m

ax (N

)

Figura 4.56 Comparación de registro de curvas para un mismo tipo de ensayo deimpacto. (MABS 2mm+TPU 1mm, Masa=1003 grs, H=80mm)

TPU cara abajo

TPU cara arriba

Figura 4.57 Efecto anti-splittering que se logra con la estructura bicapa en ensayosde impacto. Aunque la energía fractura al soporte rígido, las piezas fracturadaspermanecen en su sitio unidas por el recubrimiento elastomérico.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2 4 6 8 10 12

TPU cara abajoTPU cara arriba

Ensayo de impacto-tracción

169

emblanquecimiento

rotura

Figura 4.59 Probetas ensayadas de MABS donde se observa el fallo poremblanquecimiento y la rotura característica.

Figura 4.60 Probeta bicapa ensayada donde se observa la rotura del MABS,quedando la probeta unida por el TPU.

del TPU la probeta no se separa en dos partes (Figura 4.60),quedando unida por el TPU, confirmando el efecto anti-splittering aparecido en los ensayos de caida de dardo.

97

complejo, ya que parte del material de la probeta se encuentraen tracción, mientras otra parte de material se encuentra encompresión.

2. La velocidad de deformación (Strain-rate) en los ensayos deimpacto-tracción se supone constante y homogénea en lasección calibrada de la probeta, por lo menos hasta que apareceel cuello o estricción. En los ensayos de platos a flexión existendiferentes velocidades de deformación, dependiendo de laposición de medida de las capas.

3. En las configuraciones de ensayos a flexión, donde el im-pactor choca directamente contra la probeta, aparece unaindentación localizada en las zonas de impacto directo, asícomo en las zonas de apoyo de la probeta. La tensión, ladeformación y la velocidad de deformación, pueden diferirsignificativamente del resto de la probeta. Estos efectos se evitanen el ensayo de impacto-tracción debido a la diferentegeometría de impacto.

4. En las configuraciones de ensayos a flexión la fuerza esmedida en el impactor, y esta fuerza no es necesariamente la

Figura 3.31 Esquema del ensayo de impacto-tracción

170

máxima son aproximadamente similares a las curvas que arrojanlos ensayos con MABS. Donde se presentan cambios es en ladeformación a rotura. También cambia la forma de la curva,debido a que el TPU está contribuyendo a incrementar ladeformabilidad del sistema, probablemente porque limita latensión que sufre la parte de MABS, permitiendo que losmecanismos de deformación actuén durante un tiempo mayorbajo un estado tensional menor, y en consecuencia,permitiendo una mayor deformación del conjunto.

Los resultados de los ensayos para el MABS se observan en lafigura 4.61 para diferentes velocidades de ensayo. La finalidadde realizar estos ensayos a diferentes velocidades es proveerde datos que pueden ser empleados en la modelización delcomportamiento a impacto de acuerdo con el métododesarrollado por el equipo de trabajo. [Arexabaleta, 2004,2005], asimismo es un método rápido para el análisis delcomportamiento a impacto de polímeros. En las curvaspresentadas los puntos reflejan la tensión máxima registrada.El material presenta un comportamiento elasto-plástico en elrango de velocidades y energías analizado, siendo la tensiónde rotura de 85 ±3.5 MPa.

Para la configuración bicapa los resultados se muestran en lafigura 4.62. Como se puede observar los niveles de tensión

0

20

40

60

80

100

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

110 /s

100 /s

80 /s

70 /s

60 /s

! (mm/mm)

" (M

Pa)

Figura 4.61 Registro Tensión-deformación para el MABS a diferentes velocidadesde ensayo en impacto-tracción.

Medición de rugosidad

124

Figura 4.18 Micrografías en SEM de la superficie de las probetas (ISO 527 tipo 1)de MABS utilizadas para sobreinyección

1mm 100µm

Rz1= 3.24µm

Rz3= 31.33µm

Rz3= 16.37µm

10µm

10µm100µm1mm

1mm 100µm

Figura 4.19 Gráficos de parámetros de medición de superficies (Surftest).

Rugosidad finaPromedios:

Ra = 0.47 µmRy = 4.03 µmRz = 3.24 µm

Rugosidad mediaPromedios:

Ra = 3.65 µmRy = 23.04 µmRz = 16.37 µm

Rugosidad gruesaPromedios:

Ra = 8.10 µmRy = 51.37 µmRz = 31.33 µm

Topografía superficial del MABS

Ra = Desviación aritmética delperfil

Ry = Distancia máxima entre elmayor pico y el mayor valle dentrode la longitud de evaluación

Rz = Promedio de la distanciamáxima entre los 5 picos más al-tos y los 5 valles más bajosencontrados en la longitud deevaluación

Rugosidad fina, pulido con lija extra-fina (1200)

Rugosidad media, corte con sierra-cinta

Rugosidad gruesa, desbastado en esmeril de banco

124

Figura 4.18 Micrografías en SEM de la superficie de las probetas (ISO 527 tipo 1)de MABS utilizadas para sobreinyección

1mm 100µm

Rz1= 3.24µm

Rz3= 31.33µm

Rz3= 16.37µm

10µm

10µm100µm1mm

1mm 100µm

Figura 4.19 Gráficos de parámetros de medición de superficies (Surftest).

Rugosidad finaPromedios:

Ra = 0.47 µmRy = 4.03 µmRz = 3.24 µm

Rugosidad mediaPromedios:

Ra = 3.65 µmRy = 23.04 µmRz = 16.37 µm

Rugosidad gruesaPromedios:

Ra = 8.10 µmRy = 51.37 µmRz = 31.33 µm

Topografía superficial del MABS

Ra = Desviación aritmética delperfil

Ry = Distancia máxima entre elmayor pico y el mayor valle dentrode la longitud de evaluación

Rz = Promedio de la distanciamáxima entre los 5 picos más al-tos y los 5 valles más bajosencontrados en la longitud deevaluación

Rugosidad fina, pulido con lija extra-fina (1200)

Rugosidad media, corte con sierra-cinta

Rugosidad gruesa, desbastado en esmeril de banco

Microscopía

222

En la Figura 4.117 se presentan dos micrografías de la zonafracturada de una probeta de tipo SENB de la mezcla MABS85+TPU 15 después de haber sido sometida a vapores de iPAdurante cuatro horas. En este caso es difícil diferenciar las dosfases (MABS y TPU). El iPA ataca principalmente al grupo metil-metacrilato que encapsula al butadieno y posteriormente alpropio butadieno (constituyentes ambos del MABS).

En la fotografía realizada a menores aumentos (x500), Figura4.117a, puede verse que el ataque es muy superficial y que laprobeta parece apenas atacada. El mayor detalle (Figura 4.117b)permite distinguir los huecos que han dejado las partículas debutadieno eliminado y muy ligeramente se pueden diferenciarlas fases de TPU y MABS.

Figura 4.117 Superficie de fractura de mezcla MABS 85+TPU 15 expuesta a vaporesde iPA por 4hrs.

En este caso se aprecia que las cavidades están dispersadasuniformemente a lo largo de toda la superficie. El tamaño deésta fase estaría entorno a los 2µm. Las cavidades de mayortamaño corresponderían a la fase elastomérica que se hadespegado durante la fractura.

a

b

174

entalla

ABS, s/reclig= 12mm

Figura 4.64 Micrografía de probeta de ensayo de EWF mostrando la fractura tipoinestabilidad dúctil para el ABS sin recocer.

entalla

ligamento

La fractura tipo post-cedencia es el caso más frecuente que sepresenta en el ABS y MABS, siendo además el ideal para eldesarrollo de la técnica EWF. Este tipo de fractura se caracterizapor ser de carácter dúctil y con una propagación estable degrieta posterior a la cedencia de la sección de ligamento.

Figura 4.65 Micrografía de probeta de ensayo de EWF mostrando la fractura tipopost-cedencia en la conformación bicapa (MABS+TPU).

MABS+TPUlig= 7mm

TPU

ángulo de propagación

131

Por su parte, la observación por SEM de las interfases de lasplacas sobreinyectadas corroboró el tipo de fractura observada,siendo esta del tipo adhesiva-cohesiva, produciéndose enalgunas zonas la rotura del MABS. (Figura 4.27)

MABS

TPU

Figura 4.27 Morfología de la zona de contacto MABS+TPU en placassobreinyectadas

Obviamente al ser el MABS mas frágil y menos elástico que elTPU, la fractura siempre se producirá en el primero, por ello laaparición de rastros de MABS siempre sobre el TPU.

Sobreinyección en probetas halterioPara una mejor apreciación del fenómeno se realizaronobservaciones de las superficies interfaciales por microscopíaelectrónica de barrido tanto del MABS como del TPU con el fínde evidenciar el modo de fractura de la interfase. Como semencionó anteriormente, la fractura observada esfundamentalmente adhesiva, aunque, como puede apreciarse,cambia en algún caso a cohesiva, produciéndose la rotura delMABS. (Figuras 4.28 y 4.29)

130

4.1.5 Morfología en la interfase

Placas sobreinyectadasDesde la realización de los ensayos de pelado se podía observara simple vista el tipo de fractura que arroja la estructura bicapapara el MABS+TPU, siendo esta fundamentalmente adhesivaaunque en ciertas zonas cambia a cohesiva. (Figura 4.25)

Son notorias las deslaminaciones que aparecen en ciertas zo-nas del MABS, donde se presenta rotura de éste materialquedando los residuos sobre el TPU. En la observación con lupase hace más evidente esta combinación de fractura. (Figura4.26)

Figura 4.25 Morfología de la zona de contacto MABS/TPU en placassobreinyectadas, observación a simple vista.

Figura 4.26 Morfología de la zona de contacto MABS/TPU en placassobreinyectadas, observación con lupa microscópica.

Cavidades dejadas porrotura del MABS

MABS TPU

MABS en laminillas adherido al TPU

MABS TPU

Cavidaddejada porrotura del

MABS

MABS enlaminillas

adherido al TPU

Ensayo de fractura

99

3.4.11 Trabajo esencial de fracturaDurante la fractura de una probeta de doble entalla (DDENT) atracción, el trabajo total de fractura (Wf) se lleva a cabo en doszonas distintas [Broberg, 1971], la zona interior de proceso (in-ner process zone o fracture process zone), y la zona plásticaexterior (outer plastic zone), como se muestra en la Fig. 3.32.

Durante el proceso de fractura, una parte de la energía totalinvolucrada no está directamente asociada al proceso defractura, sino que se emplea en la deformación elástica y plásticade la probeta. Únicamente el trabajo que se invierte en la zonainterior de proceso es una constante propia del material, conlo cual, es posible separar el trabajo total de fractura, Wf, endos términos: el trabajo esencial de fractura (We) y el trabajono esencial de fractura o también llamado trabajo plástico defractura (Wp):

pef WWW +=

Físicamente, We es el trabajo requerido para la creación de dosnuevas superficies. En el caso de polímeros con fractura frágil,este término corresponde al trabajo de creación y

Figura 3.32 Esquema de la probeta de doble entalla (DDENT). Se indican las zonasde disipación de energía.

zona plástica(Wp)

zona de proceso(We)

zona desujeción

zona desujeción

Z

tW

(3.12)

t= espesorl= ligamentoW= anchoZ= altura

(l)

100

posteriormente rotura de la estructura fibrilar de las crazes enla zona de la punta de la grieta, (Fig. 3.33a). En cambio, en elcaso de la fractura de polímeros dúctiles, We es el trabajoconsumido en la formación y rotura de una zona de “cuello” oestricción por delante del fondo de grieta (Fig. 3.33b).Teóricamente, el trabajo esencial específico de fractura (términoWe dividido por unidad de área) se define como:

( ) !!+=n IC

nb

ddbWe" #

"

$"$0

11

donde b es la anchura de la zona interior de proceso (del ordendel espesor de la probeta), ( " y $ ) son la deformación y tensiónverdaderas, "n y "n son la deformación verdadera e ingenierilde formación de cuello (necking) respectivamente, y $ y !1son la tensión y la apertura crítica de grieta en la zona interiorde proceso. De ahí que la primera componente de la ecuación(3.13) corresponda al trabajo plástico de estricción (cedenciacompleta del ligamento), mientras que el segundo se refiere altrabajo para romper la zona de estricción. El desarrollo teóricodel modelo de fractura fue publicado por Cotterell [1982], yposteriormente revisado por Mai [1993].

De forma experimental, se comprueba que We es esencialmenteuna energía superficial, y consecuentemente proporcional a lalongitud de ligamento (l). El segundo término, que representauna energía correspondiente a un volumen, es proporcional alcuadrado de la longitud de ligamento (l2). Así, se puede expresarel trabajo total de fractura como:

Figura 3.33 Esquema de la zona de proceso (FPZ) en (a) polímero frágil y (b) polímerodúctil [Wu, 1994]

“crazes”zona

estricciónzona

plástica

a b

(3.13)

!"#$%&'()# !

!! !"#$

%&'$&(')$*)'(+,$$+-$(.'/01&$*-23(04&$5!6*7$/8+3(')$)-981)3$:)'0)40&1+3$4&1$'+3*+4(&$ )-$ ;"<,$ )81=8+$ 1&$ +3$ *&30>-+$ )*'+40)'$ 81)$ 4-)')$ (+1?+140)$ 301$(&/)'$ +1$ 4&130?+')40@1$ )-$ A)4(&'$ ?+$ A&'/)$ 5!7$ B$ )-$ (')>)C&$ *-23(04&$+3*+4DA04&$56*7$*&'$3+*)')?&E$$%)')$ )/>&3$ (0*&3$ ?+$ 1)1&4&/*8+3(&3$ 5;"<FG"HI$ B$;"<FJKLM7,$ +-$ A)4(&'$?+$A&'/)$5!7$'+*'+3+1(@$-)$01(+'3+440@1$?+$?&3$*)'2>&-)3$5!"#$%&$''7,$*&'$-&$

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$ $47$ $ $ $ $ $ ?7$

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Propiedades deproceso

1!

genera! in"#rmati#n

PredryingTerlux® pellets can absorb small amounts of moisture under adverseconditions of storage or transport. This can cause surface defects toarise during processing, taking the form of streaks, lines or bubbles.We therefore recommend that Terlux® is predried for about 2 hoursat about 70°C before processing.

Compatibility with other thermoplasticsTerlux® should not be mixed with other thermoplastics. Even smallamounts of other plastics, even transparent ones, cause irreversibleclouding.

ReprocessingTerlux® may be reused as regrind if it has been processed as specifiedand has not been contaminated or thermally degraded.

Since regrind has a larger surface area than pellets and thereforeabsorbs moisture more rapidly, it must be dried before being reused.

Virgin pellets should always be used for parts which are subject to highquality requirements.

T!"#$%® is p"ima"i#y p"&c!ss!d th"&$'h i(j!cti&(m&#di(', b$t a(y p"&c!ss s$itab#! f&" th!"m&p#asticm&#di(' c&mp&siti&(s may a#s& b! $s!d.

Injecti#n m#!din$

Terlux® can be processed on any commercially available injection mold-ing machine.

Injection unitUniversal screws are highly suitable. Table 2 gives guide values forproven screw designs.

MoldsGate and mold designIt is generally possible to use any of the usual types of gating. Moldswith hot-runner systems can also be used. Design guidelines for moldconstruction are given in VDE 2006.

Mold temperature controlShrinkage and, to some extent, the thermal and mechanical proper-ties of the part can be influenced via the mold temperature. Highermold temperatures provide better weld line strength and lower internalstresses, and therefore also reduce warpage. Mold temperatures whichhave proven successful in practice are between 50 and 75°C.

Injection moldingProcessing temperatureMelt temperatures of 230-260°C give optimum transparency.Excessively high melt temperatures and long residence times may causeslight yellowing.

The highest part transparency is achieved when the mold surface ishighly polished.

The processing of Terlux®

Lipgloss sticks

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Flow behaviorThe attached product range overview “Product features, applicationsand typical properties” gives information on the melt flow indices ofTerlux® grades.

Figure 6 shows the flow behavior of Terlux® 2802 TR and 2812 TR asa function of melt temperature and injection pressure using the spiralflow test. This test commonly approximates closely to practical experi-ence with similar resins.

Mold releaseInjection moldings made from Terlux® exhibit good mold release proper-ties. Drafts of 0.5 to 1 ° are generally sufficient. For textured surfaces,the draft depends on the depth of the texture and should be greaterthan the values given.

Fig. 6: Flow as a function of melt temperature and injection pressure:2 mm x 10 mm test spiral, mold surface temperature

60

50

40

30

20

10

0210 230 250 270 290

Spiral

flowdistan

ce(cm)

Melt temperature (°C)

Terlux® 2812 TRTerlux® 2802 TR

1500 bar

1000 bar

500 barTable 2: Guideline values for screw geometrySection lengths

Total length L 18-22 DCompressionratio 2-2.5

Feed section LE 0.5 L

Compression section LK 0.3 L

Metering section LA 0.2 L

D = Screw diameter

ShrinkageThe shrinkage of the part typically ranges from 0.4 to 0.7%. Post-shrinkage is negligible. Shrinkage not only depends on the type ofmaterial used, but also on the design of the part and the processingconditions.

THePr

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SIngoFTe

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T!y train B!xes "!r #anity cases