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Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

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DEFORMACIÓN POR FLUENCIA

DE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

Como materiales viscoelásticos, los polímeros suelen sufrir una deformación dependiente del tiempo bajo una determinada carga aplicada, también conocida como fluencia. La fluencia se convierte en un factor crítico cuando las piezas poliméricas se diseñan para estar expuestas a un esfuerzo continuo, como los componentes estructurales, las uniones y los accesorios, y los recipientes de presión hidrostática.

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA FLUENCIA PARA POLÍMEROS

La naturaleza inherente de la viscoelasticidad juega un papel vital en el desempeño de los polímeros e influye directamente en la confiabilidad de su servicio. Las condiciones ambientales como la carga y la temperatura afectan el comportamiento de fluencia de los polímeros. Las fallas por fluencia ocurren a menudo debido a la falta de vigilancia del comportamiento de fluencia dependiente del tiempo de los materiales poliméricos utilizados en condiciones de servicio específicas. Como resultado, es importante desarrollar una prueba confiable y cuantitativa del comportamiento mecánico viscoelástico de los polímeros. El módulo Nano de la NANOVEA Probadores Mecánicos aplica la carga con un piezo de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento in situ. La combinación de precisión y repetibilidad lo convierte en una herramienta ideal para la medición de fluencia.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos que
el comprobador mecánico NANOVEA PB1000
en Nanoindentación es una herramienta ideal
para estudiar las propiedades mecánicas viscoelásticas
incluyendo la dureza, el módulo de Young
y la fluencia de los materiales poliméricos.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE PRUEBA

Se ensayaron ocho muestras de polímeros diferentes mediante la técnica de nanoindentación utilizando el probador mecánico NANOVEA PB1000. A medida que la carga aumentaba linealmente de 0 a 40 mN, la profundidad aumentaba progresivamente durante la etapa de carga. La fluencia se midió entonces por el cambio de la profundidad de indentación a la carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN
TASA DE CARGA
80 mN/min
TASA DE DESCARGA 80 mN/min
TIEMPO DE CREPA
30 s

TIPO DE INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*configuración del ensayo de nanoindentación

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la FIGURA 1 se muestra el gráfico de carga frente al desplazamiento de los ensayos de nanoindentación en diferentes muestras de polímeros y en la FIGURA 2 se comparan las curvas de fluencia. La dureza y el módulo de Young se resumen en la FIGURA 3, y la profundidad de fluencia se muestra en la FIGURA 4. Como ejemplos en la FIGURA 1, las porciones AB, BC y CD de la curva de carga-desplazamiento para la medición de nanoindentación representan los procesos de carga, fluencia y descarga, respectivamente.

El Delrin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el PEBD posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros muestran menores índices de fluencia. El PEBD más blando tiene la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Delrin.

Las propiedades de fluencia de los polímeros son fundamentales cuando se utilizan en piezas estructurales. Midiendo con precisión la dureza y la fluencia de los polímeros, se puede obtener una mejor comprensión de la fiabilidad de los polímeros en función del tiempo. La fluencia, cambio del desplazamiento a una carga dada, también puede medirse a diferentes temperaturas elevadas y humedad utilizando el Probador Mecánico NANOVEA PB1000, proporcionando una herramienta ideal para medir cuantitativamente y de forma fiable los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros
en el entorno de aplicación realista simulado.

FIGURA 1: Los gráficos de carga frente al desplazamiento
de diferentes polímeros.

FIGURA 2: Arrastre a una carga máxima de 40 mN durante 30 s.

FIGURA 3: Dureza y módulo de Young de los polímeros.

FIGURA 4: Profundidad de fluencia de los polímeros.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA PB1000
El comprobador mecánico mide las propiedades mecánicas de diferentes polímeros, como la dureza, el módulo de Young y la fluencia. Estas propiedades mecánicas son esenciales para seleccionar el material polimérico adecuado para las aplicaciones previstas. El Derlin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros presentan menores índices de fluencia. El PEBD más blando muestra la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Derlin.

Los comprobadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos Nano y Micro multifuncionales inigualables en una sola plataforma. Tanto el módulo Nano como el Micro incluyen modos de comprobación de arañazos, dureza y desgaste, proporcionando la gama de pruebas más salvaje y fácil de usar disponible en un solo sistema.

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