Efecto de la temperatura en el Modulo de Young

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En la siguiente gráfica se puede ver este efecto en cuatro metales comunes, hierro, cobre, aluminio y magnesio:

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Efecto de la temperatura en termoplásticos

Una propiedad importante de los materiales poliméricos termoplásticos es su comportamiento térmico, pues permite llevar a cabo diferentes procesos de conformación de los mismos. En general la temperatura influye en el comportamiento viscoelástico en el sentido de influir sobre los enlaces por fuerzas de Van der Waals entre las cadenas. Cuando la temperatura aumenta los enlaces se desenrollan y tiene lugar el flujo viscoso mas fácilmente con menor tensión aplicada. A bajas temperaturas, el polímero se vuelve viscoso, las cadenas no deslizan y el polímero presenta un comportamiento de sólido rígido.

Sin embargo a muy altas temperaturas, los enlaces covalentes de la cadena principal pueden destruirse, el polímero se quema o se carboniza. Esta temperatura, denominada temperatura de degradación, limita la utilidad del polímero y representa la temperatura superior a la cual el polímero puede ser conformado de manera útil. Cuando la temperatura de los polímeros lineales es alta, la viscosidad es baja. Las cadenas pueden moverse con facilidad incluso sin fuerzas externas, y si se aplica una tensión, el polímero fluye prácticamente sin que exista deformación elástica. El comportamiento que exhibe aparece reflejado en la figura, en el que la resistencia y módulo de elasticidad son casi nulos. Sin embargo, cuando bajamos la temperatura, se incrementa la viscosidad y no se mueven con facilidad las cadenas, hasta que llegamos a la temperatura de fusión en la que el polímero se vuelve rígido.

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Por debajo de la temperatura de fusión, el polímero es rígido y mantiene su forma, aunque sus cadenas están enroscadas, sin embargo, las cadenas se mueven y causan deformación al aplicar un esfuerzo. Cuando se elimina la tensión, el polímero solo recupera la parte elástica de la deformación. La resistencia y el módulo de elasticidad son bajos pero el alargamiento es altísimo, recordando al comportamiento de los elastómeros. Al ir disminuyendo la temperatura, la deformación elástica crece y disminuye la viscosa, el polímero se va rigidizando proporcionando mayores valores de resistencia y de módulo de elasticidad y menor alargamiento.

En los polímeros cristalinos la deformación elástica es baja puesto que las cadenas son casi rectas y paralelas entre sí. Las temperaturas mayores permiten un mayor alargamiento por lo que el módulo de elasticidad permanece alto. Además, la estructura cristalina resiste la deformación plástica hasta que la temperatura se acerca al punto de fusión.

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CONCLUSIONES

- El módulo de Young se define como la pendiente de la curva tensión-deformación en la zona elástica.

- El módulo de Young es una medida de rigidez, es decir su resistencia a la deformación elástica.

- El módulo de Young decrece al incrementarse la temperatura, ya que la expansión térmica reduce el valor de la fuerza aplicada y el área transversal.

- Para los polímeros cuando bajamos la temperatura, se incrementa la viscosidad y no se mueven con facilidad las cadenas, hasta que llegamos a la temperatura de fusión en la que el polímero se vuelve rígido.

BIBLIOGRAFÍA

- “Procesos de manufactura”. John A. Schey. Editorial Mc Graw Hill, 2001.

- “Materiales para ingeniería”. Van Vlanck. Editorial Continental, 1992.

- “Materiales poliméricos y compuestos”, obtenido vía web en: http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm15/fcm15_4.html