Estimación de la resistencia a la fractura dinámica bajo condiciones de deformación plana en polímeros nanoreforzados
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Abstract
La tendencia de utilizar polímeros para manufacturar tuberías dedicadas a la distribución de gas y agua en México está incrementando. Sin embargo, en tuberías en servicio se ha reportado un fenómeno catastrófico de falla mecánica denominado Rapid Crack Propagation. El diseño y manufactura de la máquina de pruebas High Speed Double Torsion se desarrolla en este trabajo con la intención de promover RCP en nanocompuestos para medir su resistencia a la fractura dinámica en función de la velocidad de la grieta.
La máquina HSDT es diseñada, construida e instrumentada para medir: fuerza de impacto, velocidad de propagación de grieta y velocidad de impacto durante la ejecución de una prueba. Diferentes mezclas de nanocompósitos son producidas mediante métodos de extrusión y moldeo por inyección. Las mezclas de nanocompósitos fueron hechas de polietileno de alta densidad como matriz (Alathon H5618) y nanoarcilla montmorillonita (I.31PS) como nanorefuerzo. Las mezclas de HDPE I.31PS 1 %más., HDPE I.31PS 3 %más., HDPE I.31PS 5 %más. fueron preparadas. Las técnicas de caracterización: difracción de rayos X, análisis dinámico mecánico y, prueba de flexión de tres puntos con geometría SENB fueron llevadas a cabo para estudiar las propiedades mecánicas de los nanocompósitos propuestos. Además, dichos compósitos fueron ensayados en la máquina HSDT implementada considerando velocidad de impacto de 2.4±0.3 m/s bajo una temperatura de acondicionamiento de -5±0.1°C. Luego, la resistencia a la fractura dinámica bajo condiciones de deformación plana es calculada mediante un modelo dinámico que considera la existencia de ondas torsionales y un modo de propagación de grieta tipo stick-slip. Los resultados experimentales mostraron que la resistencia a la fractura dinámica bajo condiciones de deformación plana incrementaron conforme el %más. incrementaba. Esta mejora fue atribuida principalmente a la morfología intercalada y exfoliada que se logró en las mezclas correspondientes y, al incremento del módulo de pérdida observado en DMA.