Efecto de la temperatura sobre las propiedades mecánicas y estructurales de elastómeros comerciales estimación de la degradación del polímero a largo plazo

Abstract

Los elastómeros son materiales muy utilizados en la industria. Se ocupan para variadas aplicaciones de ingeniería, las que pueden ser: juntas, aisladores, recubrimiento para correas transportadoras, fuelles, mangueras, sellos, etc. Pueden fallar por diversas razones, siendo una de ellas el envejecimiento térmico, en el cual las propiedades mecánicas y microestructurales del material se ven afectadas de tal manera que el elastómero deje de poseer las características originales con las que fue fabricado. Estos cambios a nivel micro y macroestructural son cuantificables y se pueden correlacionar entre sí, lo que comprende la principal motivación para realizar esta investigación. El objetivo general del estudio es estudiar el efecto de la temperatura sobre las propiedades mecánicas (parte macroscópica) y estructurales (parte microscópica) de tres elastómeros comerciales: Caucho natural, Neopreno y Acrilo Nitrilo, con el fin de correlacionar ambas partes. Los objetivos específicos son evaluar las propiedades mecánicas de resistencia al desgarro y a la tracción, alargamiento máximo y dureza de los tres materiales sometidos a envejecimiento térmico, analizar mediante espectroscopia FT-IR y Raman los efectos del envejecimiento sobre la estructura de los materiales, específicamente sobre el enlace C=C, encontrar relaciones entre las propiedades mecánicas y la intensidad de los peaks correspondientes a la excitación del C=C para cada material y determinar qué propiedad mecánica permite dar mayores indicios de la degradación del polímero. Para ello se fabrican las probetas necesarias para el estudio, las cuales son sometidas a un envejecimiento térmico por periodos de 48, 96 y 168 h en un horno a 100°C según la norma ASTM D573. Luego se llevan a cabo los ensayos mecánicos para conocer el efecto del envejecimiento en los materiales. Luego, se realizan análisis mediante espectroscopia FT-IR y Raman para conocer los cambios estructurales que sufren las muestras. Finalmente, se comparan las propiedades mecánicas con la intensidad de los peaks correspondientes al doble enlace C=C y se correlacionan mediante ajustes lineales. Los resultados mostraron que al someter el material a envejecimiento térmico por mayor tiempo, las propiedades mecánicas de alargamiento máximo, resistencia al desgarro y a la tracción disminuyeron, mientras la dureza aumentó. Los análisis de espectroscopia FT-IR y Raman indicaron que existe una disminución en la cantidad de doble enlaces presentes en el polímero, asociado al aumento del grado de entrecruzamientos, lo cual pudo identificarse en ambos espectros debido a la disminución de la intensidad de la señal correspondiente al C=C a medida que aumentaba el tiempo de envejecimiento, lo que provoca que el material se rigidice y pierda ductilidad. Se determinó que la disminución del alargamiento máximo posee la mejor correlación con la disminución de la intensidad de los peaks correspondientes al C=C, lo que permite concluir que mediante esta propiedad es posible dar indicios de la degradación del polímero. A su vez, la dureza también mostró buena relación con los cambios en intensidad de los peaks, lo que la convierte en un buen punto de partida para dar indicios del nivel de degradación, ya que es una propiedad más fácil de medir. Por lo tanto, a partir de ambas propiedades se propone una relación que permite estimar el nivel de degradación del material.