Practica N°8

ENSAYO DE TRACCION DE PLASTICOS

1.-OBJETIVOS

- Determinar aspectos importantes de la resistencia y alargamiento de materiales, que pueden servir para el control de calidad, las especificaciones de los materiales y el cálculo de piezas sometidas a esfuerzos.

- Que el estudiante se familiarice con el proceso de obtención de las propiedades mecánicas de plásticos, empleando el ensayo de tracción.

- Analizar, comparar en interpretar el comportamiento de un plástico a partir de las graficas que la máquina de ensayos nos muestra.

- Diferenciar los tipos de materiales a partir de su tipo de fractura resultante a partir del ensayo de tracción.

2.-MARCO TEORICO

Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es el realizado a tracción. El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales.Normalmente se deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.

Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden preparar por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte de planchas. En general hay tres tipos de probeta:

a) plásticos rígidos y semirrígidos.

Las probetas se conformarán de acuerdo a las dimensiones de la figura 1. El tipo de muestraM-I es la muestra preferida y se usará cuando haya material suficiente tendiendo un espesor de 10 mm o menor.El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo presente un espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando sean requeridas comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no rígida y semi-rígida).

b) Plásticos no rígidos

Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de probeta M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores comprendidos entre 4 y 10 mm.

Figura 1.- Tipos de probetas empleados en los ensayos de tracción en plásticos.

3.-DATOS DEL ENSAYO

Se han ensayado 5 probetas plásticas, las de PVC, HDPE, Acrílico, Polipropileno y Poliestireno respectivamente.

Áreas transversales de las probetas:

Plástico Área (mm2)PVC 33HDPE 24.5Acrílico 50.05Polipropileno 38.7Poliestireno 49.6

Datos de las probetas

Probeta Fuerza (KN)

Desplazamiento (mm)

Tiempo (s)

PVC 1.81 7.581 23.83

HDPE 0.66 10.292 31.58

Acrílico 3.42 5.956 19.23

Polipropileno 0.82 7.218 24.75

Poliestireno 0.24 2.382 8.72

4.-CALCULOS

Curvas Esfuerzo vs Desplazamiento y Carga vs Deformación para los materiales plásticos.

5.-Análisis de Resultados

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:

► Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de

elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

► Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.

► Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.

► Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la

probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Comparando las resistencias a la tracción teóricas y prácticas de los materiales plásticos.

Probeta Resistencia Teórica

Resistencia Practica

PVC 30 N/mm2 54.84 N/mm2

HDPE 25 N/mm2 26.94 N/mm2

Acrílico 55 N/mm2 68 N/mm2

Polipropileno 21.19 N/mm2

Poliestireno 4.84 N/mm2

La evaluación del ensayo se realiza a partir de las curvas tensión-deformación. Los parámetros más importantes son tensiones (en N/mm2 o en MPa), Módulo de elasticidad y deformación o alargamiento (en %). Veamos lo más característico:

- Tensión de tracción (σ).- Se calcula a partir de la fuerza de tracción soportada por la probeta dividida por su sección transversal.

- Límite elástico (σy).- Es la máxima tensión que el material es capaz de mantener sin desviación de la ley de Hooke, es decir es una medida de su resistencia a la deformación elástica. Se expresa en fuerza por unidad de área, generalmente MPa.

- Resistencia a la tracción (σmax).- Tensión máxima de tracción que ha soportado la probeta durante el ensayo.

- Tensión de tracción a rotura (σR).- Tensión de tracción soportada por la probeta en el momento de su rotura.

- Modulo de elasticidad o Módulo de Young.- Es la relación entre la tensión realizada y la deformación adquirida en el tramo lineal de la curva tensión-deformación (región elástica). Sus unidades son MPa o N/mm2. Se calcula mediante la tangente a la recta en el tramo lineal.

- Alargamiento (Δl) y deformación (ε).- Δl es el incremento en longitud producido por la tensión de tracción y se expresa en unidades de longitud, usualmente milímetros. La deformación se define como Δl/l0, en donde l0 es la longitud original antes de aplicar la carga y no tiene unidades. A veces, la deformación se expresa como porcentaje. Generalmente se calculan tres tipos de deformaciones:

- deformación en el límite elástico (εy)- deformación a la tensión máxima (εmax)- deformación a la rotura (εR)

Generalmente se da la deformación en el límite elástico convencional o en el punto de fluencia convencional que corresponde al 0.2% de elongación.

6.-CONCLUSIONES

Se realizó un ensayo de tracción sobre distintas probetas para dicho fin, de acuerdo a normas, se obtuvo las características mecánicas principales de dicho material a partir del análisis de la curva de tensión deformación y se verifico de este modo las propiedades de estos materiales.Cabe destacar que la tensión de fluencia hallada por este método no es representativa del acero y se debe a que las velocidades de deformación son demasiado elevadas.Se obtuvo además un panorama general del mecanizado de la probeta y un ensayo de tracción.

7.-RECOMENDACIONES

Para un buen desempeño de este ensayo es preferible diseñar las probetas a ensayar de acuerdo a las normas estándares que se sugieren para este tipo de ensayos.

8.-BIBLIOGRAFIA

- http://www.goodfellow.com - http://html.rincondelvago.com/polipropileno.html