UNIVERSIDAD TÉCNICA NACIONALESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

Laboratorio de Tecnología de Materiales Código: IEM-415

INFORME No 2LABORATORIO DE: PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES:

DUREZA SUPERFICIALPROFESOR: STEVE ACOSTA

AUTOR (ES): BRAYNER MONTOYA MONTERO LEONARDO CONEJO ARAYA

FECHA: 24/09/2015

I) Descripción del Equipo, Materiales y Accesorios utilizados

Esclerómetro o Escleroscopio: aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm de altura, por cuyo interior cae un martillo con una punta de diamante redondeada de 3-7 gramos y la escala está dividida en 140 divisiones. Se utiliza para medir la elasticidad o dureza de materiales plásticos. El Esclerómetro utilizado en el laboratorio posee la placa MFG. No. EK923442. Type SH-D. Date No.1992.

Policarbonato: es un termoplástico con propiedades muy interesantes en cuanto a resistencia al impacto, resistencia al calor y transparencia óptica. Al tener una gran resistencia al impacto y sus propiedades ópticas extraordinarias es utilizado en la industria de la publicidad, techos transparentes y traslucidos y tragaluces. Posee ciertas ventajas como resistencia al impacto extremadamente elevada, elevada resistencia a la deformación térmica, buenas propiedades de aislamiento eléctrico, entre otras. Posee ciertas desventajas que son la sensibilidad a la hidrolisis y resistencia media a las sustancias químicas.

Caucho butilo: es un caucho sintético, un copolímero de isobutileno con isopreno. El caucho butilo tiene una gran impermeabilidad, y largos segmentos de polisobutileno de su cadena polimérica y le dan buenas propiedades de flexión. Se utiliza en muchas aplicaciones que requieren una estanqueidad de caucho, en fabricación de adhesivos, productos químicos agrícolas.

Teflón: es un producto blanco que se obtiene por extrusión o moldeo, sinterizando posteriormente el producto en horno de convección. Tiene baja resistencia a la compresión que en muchos casis lo hace inservible por el excesivo tamaño de los casquillos y soportes. Posee ciertas características como su alta temperatura de utilización es de 260°C, posee un bajo coeficiente de rozamiento.

PET (Politereftalato de etileno): es un polímero que se obtiene de una reacción de poli condensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol. Pertenece al grupo de materiales sintéticos denominado poliésteres. Es un polímero termoplástico lineal con alto grado de cristalinidad. Tiene una densidad de 1,34 g/cm2 con una resistencia a la tracción de 81 MPa. Posee un bajo coeficiente de fricción y un buen comportamiento como aislante. Se puede utilizar tanto en ruedas dentadas, discos y bisagras.

2

PVC vinilo: es el tercer plástico más producido después del polietileno y el polipropileno. Este material se obtiene de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo. La resistencia química y biológica del PVC así como su docilidad, han permitido en una amplia variedad de aplicaciones en la industria como bandas de proceso y transportadoras. Características: Buena resistencia química, resistencia hidrólisis, resistente a la radiación UV y posee baja flexibilidad a bajas temperaturas.

Neopreno (Material X): también llamado como policloropeno, es una familia de cauchos sintéticos que se producen por polimerización del cloropreno. Posee una muy buena estabilidad química y mantiene la flexibilidad en un amplio rango de temperaturas. Es muy utilizado en aparatos ortopédicos, aislamiento eléctrico y correas para ventiladores de autos. Características: buena resistencia la envejecimiento, resistente a daños causados por la flexión y la torsión.

3

II) Procedimiento de Operaciones de los Equipos y Accesorios, y Preparación de los Materiales

a) Se tienen seis tipos de materiales a base de polímeros distintos para la ejecución de la prueba de dureza superficial.

b) Se toma cada uno de los polímeros y se colocan en el esclerómetro para realizar el ensayo. Se deja caer un identador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional pero consta de varias escalas, a mayor rebote mayor dureza.

c) Se repite la prueba 4 veces con cada uno de los materiales.d) Es importante aclarar que este es un método elástico y no de penetración.

4

III) Explicación del Laboratorio realizado

A. Objetivos Determinar el valor de la dureza superficial de los mismos materiales utilizados en el

laboratorio 1 de las propiedades físicas de los mismos. Realizar las conversiones respectivas entre escalas de dureza superficial y por

identación. Evaluar si los valores equivalentes de dureza obtenidos en el laboratorio son

consistentes con los valores establecidos para los materiales ensayados.

B. Descripción de Muestras Policarbonato: presente en estado sólido en forma tapa de una cajetilla de disco

compacto. Caucho butilo: presente en forma de neumático de bicicleta. Teflón: trozo de plástico de color blanco. PET: parte de una botella plástica. PVC Vinilo: en forma de borrador. Neopreno (Material X): similar a un aro de hule.

C. Flujograma1. Utilizando los papeles abrasivos, pulir lo mejor posible la superficie de los materiales

a ensayar utilizando primero el papel de grano más grueso hasta el de grano más fino.2. Estando listos los materiales, se colocan en la base del escleroscopio shore para

proceder a realizar el ensayo.3. La lectura con el escleroscopio se realiza de la siguiente manera:

3.1. Fijar la pieza a ensayar utilizando el manubrio de sujeción en dirección contraria a las manecillas del reloj manteniendo una presión aproximadamente de 20 kgf

3.2. Accionar el percutor/punzón usando la perilla de operación en sentido de las manecillas del reloj.

4. Luego de realizar esto, se leerá en la caratula del escleroscopio el valor correspondiente de dureza superficial del material.

5. Realizar los pasos 3 y 4 unas cuatro veces más para asegurar la precisión.

IV) Resultados obtenidos

5

Resultados de los Materiales EnsayadosMaterial HS1 HS2 HS3 HS4 PromedioPolicarbonato 54 54 53 53 53,5Caucho Butilo 7 9 8,5 8,5 8,25Teflón 42 54 44 50 47,5PET 44 43 42 44 43,25PVC Vinilo 14 12 11,5 12,5 12,5Neopreno (Material X)

17 13 14 15 14,75

Tabla 1. Materiales ensayados en el laboratorio. Fuente: Propia, 2015.

Valores Experimentales vrs Teóricos

MaterialesShoreD promedio

(Laboratorio)Shore D (teórico)

Policarbonato 53,5 80 - 82

Caucho Butyl 8,25 16 - 19

Teflón 47,5 50 - 55

PET 43,25 85 - 87

PVC vinilo 12,5 80 - 83

Neopreno (material X) 14,75 16 - 19Tabla 2. Comparación de resultados experimentales vrs teóricos. Fuente: Propia, 2015

Dureza PoliuretanoUnidad: shore DASTM: D-2240DIN: 53505Valores: 48 (95 A)

Dureza Inoxidable 304Unidad: Dureza BrinellHBDIN: 53505Valores: 160-190

Dureza Acero 1020Unidad: Dureza BrinellHBDIN: 53505Valores: 131-163

Tabla 3. Dureza de Materiales.

6

Policar-bonato

Caucho Butilo

Teflón PET PVC Vinilo Neopreno (Material

X)

Material 53.5 8.25 47.5 43.25 12.5 14.75

5

15

25

35

45

55

Material

Prom

edio

HS

Grafica 1. Valores Promedio de los materiales ensayado. Fuente: Propia, 2015.

Lista en orden de mayor a menor durezaMateriales Aplicaciones

Policarbonato- Para la fabricación de CD y DVD.- Bidones o garrafones para agua mineral.

Teflón

- Industria automotriz: para fabricar diferentes tipos de mangueras, sistemas de airbag, frenos, filtros de aceite, etc.

- Industria eléctrica: se emplea en aislamiento externo o forro de alambres y cables eléctricos.

PET- Embace y empaque de bebidas.- Fibras en la industria textil.

Neopreno ( material X)

- Extruido: mangueras domésticas, tubos de laboratorio.- Láminas: bote inflable, guantes, sacos de dormir, botas de

talle alto, prendas de protección, material absorbente de radar.

PVC vinilo

- Construcción: Tubos de agua potable y evacuación, ventanas, puertas, persianas, zócalos, pisos, paredes, láminas para impermeabilización (techos, suelos), canalización eléctrica y para telecomunicaciones, papeles para paredes, etc.

- Electricidad y electrónica: en el aislamiento como en el recubrimiento de cables de diferentes tipos.

Caucho Butyl

- Gomas de mascar.- Equipo deportivo: se utiliza para las cámaras de baloncesto,

balones de fútbol, balones de fútbol y otras pelotas inflables para proporcionar un compartimiento interno resistente hermético.

7

Tabla 4. Lista de aplicaciones de los materiales: Propia, 2015

V) Discusión de resultados

En base a los valores obtenidos experimental y teóricamente en la Tabla 2 y haciendo la comparación entre ellos se nota una gran diferencia entre valores, esto demuestra y da para explicar una serie de situaciones que interfieren, de los cuales se pueden mencionar los siguientes:

- No se utilizó el indentador adecuado para este tipo de medición, ya que el indentador usado en el laboratorio era para mediciones shore A y el que se debía usar era para shore D.

- La calibración del instrumento es otro factor que tiene lugar, en este caso el durómetro, no se sabe con exactitud cuál fue la última vez que se le realizó dicha calibración.

- Errores a la hora de realizar las mediciones: probeta demasiado fría o demasiado caliente, posición incorrecta (no perpendicular a la probeta), fuerza de aplicación insuficiente, probeta demasiado fina, superficie de la probeta irregular, tomar una medida cerca de la anterior, medir demasiado cerca del borde, no respetar el tiempo de aplicación, superficie no uniforme de los materiales.

8

VI) Conclusiones

- El indentador utilizado en los ensayos no es el mismo para los utilizados en la teoría, por lo que los datos obtenidos están un poco alejados de los valores reales. Lo que nos indica que para medir parámetros se necesita estar bajo las mismas condiciones, en este caso no contamos con eso.

- El indentador que se utilizó realmente fue de escala C, por lo que el durómetro era para escala D, lo cual nos afecta a la hora de la comparación teórica.

- La dureza ensaya en Shore D no es posible utilizar el mismo indentador, por ejemplo para materiales suaves se utiliza escala A y nosotros utilizamos todas las mediciones sin importar el material con escala D, lo cual nos aleja del valor real.

- Las calibraciones de los equipos es importante para este tipo de ensayo, ya que por la sutilidad en las medidas este es un factor nos aleja de los valores reales, en el caso del laboratorio no se cuenta con fecha de la última revisión y mantenimiento.

- El material al no contar una superficie uniforme, hace que la dureza sea muy desviada, ya que en mismo ensayo se pueden observar desviaciones muy grandes, esto a hace que se incremente el error en los datos.

9

VII) Recomendaciones

- Se debe utilizar el indentador adecuado para poder obtener los resultados similares a la teoría ya que esto es importante para poder hacer una adecuada comparación de los resultados.

- Es recomendable calibrar el equipo adecuadamente y dentro de ciertos periodos para obtener buenos resultados en el laboratorio.

- Para una correcta medición es imprescindible que la superficie sea plana, que esté limpia y pulida. La medición debe realizarse perpendicular al punzón del durómetro, hacer 3 ensayos y cada vez en sitios diferentes. Por su simplicidad, la medida de la dureza Shore es muy utilizada como control de producción, pese a su poca exactitud. Para fines de clasificación o especificaciones se recomienda el uso de la dureza IRHD.

- Se debe tener en cuenta que el lugar donde se realiza esta prueba debe de estar limpio y con una adecuada temperatura, sin entrada de aire y sol ya que puede generar grandes incertidumbres en las mediciones.

10

VIII) Bibliografía

- Aguilar, J. (2013). Estructura química del teflón, recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://eis.uva.es

- Bove-ag. (2014). Politereftalato PET, recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://plasticos-mecanizables.com

- Habasit. (2015). Policloruro de vinilo PVC, recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://habasit.com

- López, M. (2011). Caucho butilo, recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com

- Ultra Plas S.A. (2013). El Policarbonato ¿Qué es y para qué se utiliza?, recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://acrilico-y-policarbonato.com

- López, M. (2011). Policloropreno (Neopreno), recuperado el 19 de setiembre de 2015, de http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com

11

IX) Apéndice

Marco teórico

Dureza

Se refiere a la resistencia a la penetración de un determinado punzón bajo una carga concreta. Normalmente, se utilizan 3 escalas: IRDH (grado internacional de dureza del caucho). SHORE A (desde 20 a 90º Sh A), SHORE D (para materiales con dureza > 90º Sh A). Los estándares internacionales son ASTM D 2240, ASTM D 1415, ISO 48, ISO 1400 e ISO 1818. El instrumento de medición es el durómetro.

Importancia de la medición de Dureza

Las pruebas de dureza se utilizan para verificar la calidad de los metales en los tratamientos térmicos, en la recepción de los materiales durante su inspección, en la evaluación de soldaduras y en el análisis de fallas. De aquí la importancia que tiene el conocimiento de los diferentes ensayos de dureza empleados, ya sea como rutina de taller, como laboratorio de inspección o como medio para realizar investigación.

Dureza Shore A y D

Desarrollado para gomas y cauchos (elastómeros).

Instrumentos simples, pero no muy exactos. Valores enteros.

Probetas; 6 mm de espesor (materiales blandos) – 3 mm (duros).

Shore A (punzón con punta truncada, P = 12,5 N ) goma blanda, caucho, elastómero y plásticos blandos, por ejemplo PVC plastificado, que no puedan ya medirse con el método de la presión de la bola.

PDMS (Siliconas) 10 – 90

Shore D (punzón terminado en punta P = 50 N), goma dura, termoplástico rígido y plásticos más duros.

Resinas epoxídicas 65

Fluoropolímeros termoplásticos: 74 – 79

12

UHMWPE 62 – 66 ¾ TPUR 80

Shore A30

3540

4550

5560

6570

75 8085

9095

100

Shore D 6 7 8 1012

1416

1922

25 2933

3946

58

13

14

Imágenes de los materiales utilizados en el laboratorio

Policarbonato

15

CauchoButil

Teflón

PET

PVC Vinilo

16