Influencia Del Tipo De Refuerzo Y De La Cantidad De Partículas Sobre La Resistencia A La Tracción De Un Material Compuesto De Matriz Polietileno De Alta Densidad Obtenido Por Extrusión

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(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Materiales

INFLUENCIA DEL TIPO DE REFUERZO Y DE LA CANTIDAD DE PARTÍCULAS SOBRE LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO DE MATRIZ POLIETILENO DE ALTA

DENSIDAD OBTENIDO POR EXTRUSIÓN

TESIS PARA OBTENER UNA CALIFICACIÓN EN EL CURSO DE SEMINARIO DE TESIS II

AUTORES : TERRONES RUMAY, Jhonatan Pedro .

VARGAS CHOPITEA, Patrick Franco Pierre

.

ASESOR : Mg. Ing. CHÁVEZ NOVOA, Danny Mesias.

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JURADO DICTAMINADOR

Mg. Ing. CHÁVEZ NOVOA, Danny Mesias

(3)

DEDICATORIA

A mi DIOS quien me protege y me hace asimilar de buena manera las cosas que

me pueden suceder día a día, quien me permitió ejercer este trabajo y quien me brindara

siempre incondicionalmente su respaldo ante cualquier adversidad que se me presente

en mi vida.

A los docentes de mi escuela quien con humildad y experiencia me brindaron

mucha ayuda tanto moralmente como intelectualmente. Quienes me proporcionaron la

ayuda necesaria para poder realizar este trabajo y poder cumplir con el objetivo.

Este trabajo quiero dedicarlo a una persona muy especial dentro y fuera de mi

vida universitaria, ya que ella desde un principio estuvo y sé que estará para mí siempre.

Tuve el apoyo moral y económico desde un principio por parte de ella; aconsejándome

de tal manera que pueda cumplir con mis objetivos. Esta persona especial eres tu madre

Silvia Rumay Saucedo.

A Kiara mi hermana quien estuvo ahí apoyándome en esos momentos de

angustia y estrés; quien con su compañía desinteresada pudo conseguir brindarme

situaciones de alegría que por los cuales le agradeceré toda mi vida.

A Ivan mi padre que a pesar de no estar todo el tiempo conmigo por motivos de

trabajo, me brindó su apoyo a su manera, por lo cual puedo decir que también gracias a

él pude conseguir este objetivo; por eso muchas gracias papá.

(4)

DEDICATORIA

A Dios todopoderoso, por darme

fuerzas, sabiduría y protección durante

mis años en la universidad.

A mi querida madre Miluska Chopitea, que a

través de sus esfuerzos, compresión y

paciencia, me ha ayudado a alcanzar este

objetivo, y a la que estoy agradecido por

toda la vida.

A mí docentes, por inculcarme sus

grandes enseñanzas y por brindarme

su apoyo sincero cuando más lo

necesitaba.

(5)

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Nacional de Trujillo, por habernos permitido desarrollarnos

intelectualmente, para de este modo cumplir con nuestras metas en la vida.

Al Laboratorio de Polímeros, el cual le pertenece al Departamento de Ingeniería

de Materiales, por el espacio brindado para el desarrollo de nuestra investigación.

Al Laboratorio de Compuestos, el cual le pertenece al Departamento de

Ingeniería de Materiales, por brindarnos la facilidad de realizar los ensayos de tracción.

Al Mg. Danny Chávez Novoa por su asesoría en nuestra investigación, por todos

sus consejos, por todas sus respuestas a nuestras inquietudes durante la ejecución de esta

investigación.

A todos los Docentes del Departamento de Ingeniería de Materiales, por sus

conocimientos y consejos brindados.

(6)

RESUMEN

En el presente trabajo de investigación se evaluó la influencia del tipo de

refuerzo y la cantidad de partículas sobre la resistencia a la tracción de un material

compuesto de matriz polietileno de alta densidad.

Para los ensayos se usaron probetas de dimensiones 115x19 mm; antes de ser

ensayadas se desbastaron con lijas N°100 hasta 600. Luego dimos forma a las probetas

con sus medidas respectivas, ayudándonos de un torno, siendo requeridas para el ensayo

de tracción.

Las cantidades que se utilizó para desarrollar este nuevo material compuesto

fueron: una matriz de polietileno de alta densidad en una cantidad de 100 g y un

refuerzo mineral (piedra caliza) y natural (cascara de huevo) de carbonato de calcio en

tres diferentes cantidades de 10g, 30g y 50g.

El proceso que se utilizó para la fabricación de nuestro nuevo material

compuesto fue mediante el fenómeno de extrusión.

Los resultados obtenidos del ensayo de tracción realizado para nuestras probetas

compuestas con los refuerzos utilizados; son mayores ante la comparación de la

resistencia a la tracción de la probeta compuesta solo de polietileno de alta densidad

(37.9 MPa); siendo la mejor resistencia a la tracción al añadir 30g de ambos refuerzos:

Cáscara de huevo (10g: 38.5 MPa, 30g: 39.8 MPa y 50g: 39.4 Mpa) y Piedra Caliza

(10g: 40.6 MPa, 30g: 42.5 MPa y 50g: 41.6 Mpa).

Asimismo, por los resultados obtenidos, sería recomendable el uso de piedra

caliza, ya que el aumento de su resistencia a la tracción es mejor que la cáscara de

(7)

ABSTRACT

In this research the influence of type of reinforcement and the amount of

particles on the tensile strength of a compound of high density polyethylene matrix

material was evaluated.

For testing specimens dimensions 115x19 mm were used; before being tested

were roughed with sandpaper N°. 100 to 600. Then we shape specimens with their

respective measures, helping with a lathe, being required for the tensile test.

The amounts used to develop this new composite material were: a matrix of high

density polyethylene in an amount of 100 g and a natural mineral reinforcement

(limestone) and (eggshell) calcium carbonate in three different amounts of 10g, 30g and

50g.

The process used for manufacturing our new composite was by extrusion

phenomenon.

The results of tensile test specimens made to our composite with reinforcements

used; They are larger at the comparison of the tensile strength of the test piece

composed only of high density polyethylene (37.9 MPa); still the best tensile strength

by adding 30g of both reinforcements: Eggshell (10g: 38.5 MPa, 30g: 39.8 MPa and

50g: 39.4 Mpa) and Limestone (10g: 40.6 MPa, 30g: 42.5 MPa and 50g: 41.6 Mpa).

Also, the results obtained, it would be advisable to use limestone as the increase

in tensile strength is better than the eggshell; and in turn it presents no adverse effect to

(8)

INDICE

Dedicatoria i

Agradecimiento iii

Resumen iv

Abstract vi

Índice vi

Simbología viii

Listado de figuras ix

Listado de tablas x

I INTRODUCCIÓN I.1 Realidad Problemática 1

I.2 Antecedentes Empíricos 2

I.3 Antecedentes Teóricos 4

I.3.1 Compuesto 4

I.3.2 Polímero 4

I.3.2.1Termoplásticos 5

I.3.3 Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE) 6

I.3.4. Carbonato de Calcio 7

I.3.5. Cascara de Huevo 7

I.3.6 Resistencia a la Tracción 8

I.3.7 Extrusión 9

I.4 Problema 10

I.5 Hipótesis 10

I.6 Objetivos 10

(9)

II MATERIALES Y MÉTODOS

II.1Materiales 11

II.1.1Universo Objetivo 11

II.1.2Universo Muestral 11

II.1.3Muestra 12

II.2Métodos y técnicas 12

II.2.1Matriz de Diseño 12

II.2.2Variables y Niveles 13

II.2.3Procedimiento Experimental 15

III RESULTADOS Y DISCUSIÓN III.1 Resultados de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz PEAD, reforzado con carbonato de calcio (cascara de huevo). 18

III.2 Resultados de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz PEAD, reforzado con carbonato de calcio (piedra caliza). 19

IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES IV.1Conclusiones 22

IV.2 Recomendaciones 22

V REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 23

ANEXOS ANEXO I: Resultados del ensayo de tracción para el material compuesto de PEAD ANEXO II: Fotografías 26

ANEXO III: Norma D638-01 32

APÉNDICE APÉNDICE I: Procesamiento estadístico de datos 47

26 II.1.1Universo Objetivo

II.1.2Universo Muestral

II.1.3Muestra

II.2.1Matriz de Diseño

II.2.2Variables y Niveles

II.3.2 Procedimiento Experimental

(10)

SIMBOLOGÍA

ASTM : American Section Association for Testing Materials.

N° : Número.

PP : Polipropileno

Kg : Kilogramo

°C : Grado centígrado

% : Porcentaje

GPa : Giga Pascales

MPa : Mega Pascales

𝐾𝐼𝐶 : Tenacidad

𝑇𝑚 : Punto de fusión

ΔT : Variación de temperatura

𝑇𝑔 : Temperatura de transición vítrea

E : Rigidez

𝜎𝑓 : Resistencia mecánica

HDPE : High density polyethylene

ISO : International Organization for Standardization

(11)

LISTADO DE FIGURAS

Figura 1 :Clasificación de los materiales compuestos. 5

Figura 2 : propiedades generales de los diferentes tipos de materiales. 6

Figura 3 : Estructura de un termoplástico. 6

Figura 4 : Estructura del polietileno de alta densidad. 7

Figura 5 : Equivalentes en carbonato de calcio de los materiales calcáreos. 8

Figura 6 : Estructura del huevo 9

Figura 7 : Representación esquemática de una probeta sometida a tracción. 10

Figura 8 : Representación esquemática de una extrusora de husillo sencillo. 10

Figura 9 : Dimensiones de la probeta para el Ensayo de Tracción. 13

Figura 10 : Diagrama de Bloques del procedimiento Experimental. 18

Figura 11 : Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Cáscara de huevo). 19

Figura 12 : Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Cáscara de huevo). 20

Figura 13 : Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Piedra Caliza). 20 Figura 14 : Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Piedra Caliza). 21

Figura 15 : Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con cáscara de huevo y piedra caliza. 21

Figura 16 : Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material

compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con cáscara de

huevo y piedra caliza,

(12)

LISTADO DE TABLAS

Tabla N° 1 : Niveles de las Variables de Estudio. 13

Tabla N° 2 :Diseño de la matriz experimental. 13

Tabla N° 3 :Diseño de Tratamiento de niveles. 14

Tabla N° 4 : Valores de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz

polietileno de alta densidad, reforzados con carbonato de calcio (Cascara de

(13)

I. INTRODUCCIÓN

I.1. REALIDA PROBLEMÁTICA

El plástico es tan importante en todo este proceso, tan criticado por algunos, tan

defendido por otros, pero no nos podríamos imaginar el mundo actual sin el constante

aporte de los plásticos. Hace casi dos siglos que la ciencia de la química, dio sus

primeros pasos hacia una nueva era de las moléculas artificiales.

El plástico es tan versátil y de tantas aplicaciones, que actualmente es muy difícil

seguir de cerca su crecimiento y desarrollo. Incursionando por todos los rubros

conocidos; construcción, juguetería, medicina, automovilismo, alimentación,

vestimenta, electrónica, agricultura, aeronáutica, etc., y gracias a sus grandes

cualidades, ha permitido desarrollar nuevos progresos tecnológicos realmente

futuristas.

Sin embargo, el plástico ha sido objeto de críticas, que en su mayoría, tienen un

fundamento económico, no hay que olvidar, que ha destronado salvajemente al resto

de los materiales convencionales utilizados en el mundo.

La industria peruana ha desarrollado durante la última década, un paulatino

crecimiento, en la producción de plásticos, aunque aún no ha logrado una importante

dinámica de producción dada la limitada demanda interna. Ya que, depende de la

importación de materias primas e insumos provenientes de la industria petroquímica.

No obstante, se sabe que el petróleo es un recurso no renovable, por lo tanto, en el

futuro ya no habrá esta materia prima para la fabricación del plástico, entonces este

proyecto de investigación, propone la elaboración de un polímero mejorado con

refuerzos, es decir, se va a utilizar menos material virgen derivados del petróleo y

más refuerzos, en este caso el carbonato de calcio que se encuentra en mineral y en

las cascaras de huevo para mejorar las propiedades del polímero y así hacer uso de

(14)

I.2. ANTECEDENTES EMPÍRICOS

Lozano y colaboradores, estudiaron ‘‘la dispersión de las partículas de refuerzo

durante el procesado del plástico, preparando una mezcla de polipropileno (resina

de PP de alta viscosidad) reforzados con carbonato de calcio al 20% y al 50% en

peso, y se colocó en un extrusor de doble husillo para estudiar tal fenómeno’’. La

evolución de la dispersión fue elevada utilizando análisis de imagen de micrografías

tomadas con luz reflejada, encontrándose que las partículas de refuerzo se

aglomeraban aun en la matriz fundida y que los elementos de amasado de la

maquina son muy eficientes en el rompimiento de los aglomerados. (Lozano,

Barrientos, Nieves y Rodríguez, 2006)

León, estudió ‘‘el envejecimiento acelerado de un material compuesto de matriz de

resina termoestable epoxi vinil éster DERKANE-411 y refuerzo de fibra de vidrio,

mediante su exposición en horno durante una semana a temperaturas de 45, 65, 85,

105 y 145°C; posteriormente las probetas se sometieron a un ensayo normalizado

de flexión con el objeto de determinar la influencia del envejecimiento sobre esta

propiedad mecánica’’. Los resultados obtenidos del ensayo de flexión de las

probetas envejecidas mostraron unas pequeñas perdidas en los valores en el rango

de temperaturas de estudio. (León, 2004)

Angulo, estudió ‘‘la fibra de totora como un material alternativo al uso de bagazo

en la fabricación de tableros aglomerados’’. El tablero aglomerado fabricado con

100% de fibra de bagazo posee una resistencia a la flexión superior al del fabricado

con fibra de totora (173.5 kg/ ,, y 169.7 kg/ , respectivamente). Así mismo la

propiedad de resistencia a la tracción es significativamente mayor en el tablero

fabricado de fibra de bagazo que en el de totora (1.8 kg/ , y 0.82 kg/ ,

respectivamente. En conclusión afirmo que si es posible usar fibra de totora en vez

(15)

Rujel, estudio ‘‘las probetas de poliéster obtenidas por moldeo abierto, sin y con

refuerzo de fibra de bagazo de caña de azúcar en contenidos variables de 5%, 10%,

15% y 20%, con y sin tratamiento con agua destilada a ebullición y mercerización,

sometiéndose a ensayos de resistencia a la tracción y flexión, según norma ASTM

D638 y ASTM D790 respectivamente’’, con la finalidad de determinar la influencia

del contenido y de los tratamientos empleados en el refuerzo sobre estas

propiedades mecánicas. (Rujel, 2008)

Briceño y colaboradores, estudiaron ‘‘la modificación química de la fibra de fique,

mediante dos tratamientos: uno de mercerización alcalina, consistente en la

inmersión de la fibra de fique en una solución de hidróxido de sodio, y el otro

tratamiento fue tratar una parte de la fibra de fique previamente mercerizada con el

agente de acople Trimetoxivinilsilano’’. Elaboraron muestras de materiales

compuestos de matriz polimérica de poliéster, reforzados con fibra de fique

modificada químicamente en su superficie, variando el contenido de fibra en el

compuesto en cinco niveles, al 4%, 6%, 8%, 10% y 12% de fibra en peso. Las

muestras elaboradas se realizaron de acuerdo a las normas ASTM D638-01 y

ASTM D790-00. (Briceño y Jacobo, 2012)

Rubio, estudio ‘‘la modificación química de la fibra de fique, mediante los

tratamientos de: Mercerización alcalina, que cosiste en la inmersión de la fibra de

fique en una solución de hidróxido de sodio, el otro tratamiento, consiste en la

inmersión a la fibra de fique en una solución de clorito de sodio; y finalmente el

tratamiento de benzoilacion, que consiste en colocar a la fibra previamente

mercerizada en una solución de hidróxido de sodio y cloruro de benzoilo’’. La

modificación química de superficie de la fibra de fique sobre la resistencia a la

tracción y flexión del material compuesto de matriz poliéster, se efectuó mediante

dos técnicas de ensayo mecánico: ensayo de tracción según la norma ASTM

D638-01. Siendo los aumentos más elevados de resistencia a la tracción se obtenidos

(16)

I.3. ANTECEDENTES TEÓRICOS

I.3.1. Compuesto

Es un sistema de materiales formado por una mezcla o combinación

debidamente dispuesta de dos o más micro o macro constituyentes con una

intracara que los separa, que difieren en forma y composición química y son

esencialmente insolubles entre sí. (Smith, 2004)

Figura N°1. Clasificación de los materiales compuestos.

I.3.2. Polímero

La palabra polímero significa, literalmente, “muchas partes”. En este sentido,

puede considerarse como un material polimérico sólido aquel que contiene

múltiples partes o unidades enlazadas químicamente y que están unidas entre sí

para formar un sólido.

Los plásticos se dividen en dos clases, termoplásticos y termoestables, según

sean los enlaces químicos de su estructura. Los elastómeros o cauchos pueden

alcanzar una deformación elástica muy grande cuando se les aplica una fuerza,

(17)

Figura N°2. Propiedades generales de los diferentes tipos de materiales.

I.3.2.1 Termoplásticos

Son aquellos que por su estructura interna, formada por cadenas lineales, se

desarman fácilmente con el calor y se reconstruyen al enfriarse, pueden fundirse

y volver a fabricarse muchas veces, además tienen buena capacidad para el

reciclado. (Smith, 2004)

(18)

I.3.3. Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE)

El polietileno (PE) es un polímero resultado de la polimerización del etileno. Es

posiblemente el plástico más popular del mundo. Comúnmente se distinguen

dos tipos, el de baja densidad y el de alta densidad, que es el que vamos a

describir. Aunque también, más detalladamente, los Polietilenos se pueden

clasificar en base a su densidad (de acuerdo al código ASTM) como:

 Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE)

 Polietileno Lineal de Baja Densidad (PELBD o LLDPE)

 Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE)

 Polietileno de Alta Densidad Alto Peso Molecular (HMW-HDPE)

 Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMWPE)

Figura N°4. Estructura del polietileno de alta densidad.

El polietileno de alta densidad (HDPE) se produce normalmente con un peso

molecular que se encuentra en el rango entre 200.000 y 500.000, pero puede ser

mayor. Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Es más duro, fuerte y un

poco más pesado que el de baja densidad, pero es menos dúctil. El polietileno

con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 es el que se denomina

UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene).

Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para

fabricar chalecos a prueba de balas. Para conocer mejor el HDPE, podemos ver

un poco de su historia, sus propiedades, sus aplicaciones y su proceso de

(19)

I.3.4. Carbonato de Calcio

La caliza cuyo origen es sedimentario está compuesta generalmente por el

mineral calcita (CaCO3) o por su polimorfo aragonita. La presencia de

aragonita debido a su carácter inestable, es un indicador de materiales de

formación reciente. La dolomía se corresponde con una roca sedimentaria pero

contiene el mineral dolomita (CaMg(CO3)2). Tal como se ha mencionado más

arriba, la formación de este último mineral se realiza por sustitución

metasomática del calcio por magnesio como consecuencia de la acción de

soluciones ricas del segundo elemento. (Ponce y colaboradores, 2000)

Figura N°5. Equivalentes en carbonato de calcio de los materiales calcáreos.

I.3.5. Cascara de Huevo

Es la primera barrera de defensa que posee el huevo. Está revestida con una

película protectora natural que impide que los microorganismos penetren. La

cáscara es porosa (7.000 a 17.000 poros), no es impermeable y por lo tanto esta

película actúa como un verdadero "revestimiento". El color de la cáscara

depende de la raza de la gallina (blanca o marrón) y no influye en el valor

nutritivo del alimento, ni en el sabor, ni en el grosor de la cáscara, ni en las

(20)

El grosor de la cáscara está influenciado por la dieta de la gallina y otros

factores (como por ej. si es expulsado del útero del ave antes de su formación

total, en cuyo caso resultará una cáscara fina y quebradiza). La cantidad de

calcio, fósforo, manganeso, y vitamina D contenidos en la alimentación del ave

es muy importante a fin de obtener una cáscara resistente. (Zayas, 2007)

Figura N°6. Estructura del huevo: (1) Embrión, (2) Bolsa de Albumina, (3) Bolsa de la Yema, (4) Bolsa Amniótica, (5) Arteria y Vena (omphalomesentérica), (6) Arteria y

Vena (alantoides), (7) Fusión del Corion y Alantoides (chorioallantoides).

I.3.7. Resistencia a la Tracción

La resistencia a la tracción (UTS, por sus siglas en inglés) es la máxima tensión

que se alcanza en la curva tensión-deformación. Si la probeta desarrolla un

decrecimiento localizado de la sección transversal (comúnmente denominada

estricción), la tensión convencional decrecerá con el incremento de la

deformación hasta producirse la fractura, porque la deformación convencional

se determina utilizando el área original de la sección transversal de la probeta.

(21)

Figura N°7. Representación esquemática de una probeta sometida a tracción.

I.3.8. Extrusión

El proceso de extrusión es uno de los más importantes en la industria de

trasformación de plásticos. Entre los productos que se pueden manufacturar:

tubería, manguera, fibras, películas y un número ilimitado de perfiles. El

proceso de extrusión se utiliza, además, para „„compounding‟‟, es decir, para

mezclar y formular compuestos de plástico y producir materia prima, como, por

ejemplo, gránulos de concentrado o de compuesto.

El corazón de un extrusor es un husillo o tornillo que gira dentro de un barril o

cilindro, y es capaz de bombear (empujar) un material a una velocidad

específica, bajo ciertas condiciones de operación.

Los materiales utilizados en el proceso de extrusión son, por lo general,

termoplásticos. Estos materiales se suavizan cuando se calientan y se

transforman en fluidos, que posteriormente se endurecen cuando se enfrían y se

transforman en sólidos. (Ramos, 1994)

(22)

I.4. PROBLEMA

¿Cómo influye el tipo de refuerzo y la cantidad de partículas sobre la resistencia a la

tracción de un material compuesto de matriz polietileno de alta densidad obtenido por

extrusión?

I.5. HIPÓTESIS

A medida que aumenta la cantidad de partículas de refuerzo, mayor será la resistencia

a la tracción en el material compuesto con matriz polietileno de alta densidad, cuando

se usa cáscara de huevo.

I.6. OBJETIVOS

I.6.1. Objetivo General:

Determinar la influencia del tipo de refuerzo y la cantidad de partículas

sobre la resistencia a la tracción de un material compuesto de matriz polietileno

de alta densidad por extrusión.

I.6.2. Objetivos Específicos:

Establecer el tipo de refuerzo y la cantidad de partículas apropiadas para lograr

la más alta resistencia a la tracción.

Caracterizar el tipo de refuerzo al ser utilizado en la investigación.

Material Compuesto (Polietileno de Alta Densidad + Refuerzo)

Tipo de Refuerzo

FABRICACIÓN DE MATERIAL COMPUESTO POR

EXTRUSIÓN

Resistencia a la Tracción Cantidad de

(23)

I.7. IMPORTANCIA

Este presente trabajo de investigación pone a prueba los conocimientos teóricos del

procesado de materiales compuestos a base de polímeros y refuerzos con partículas

naturales.

Siendo esto de vital importancia, ya que los refuerzos naturales ayudan a reducir

costos en la elaboración de materiales a base de polímeros, además en la mejora de

sus propiedades mecánicas para un buen servicio y funcionamiento en sus diversas

aplicaciones en el sector industrial.

También es vital el uso de este refuerzo ya que ayudan a obtener mejor calidad en

productos, utilizando menos polímero que es un material no renovable (por el

petróleo su máxima materia prima) y utilizando más refuerzo natural: Cascara de

huevo (CaCO3, que es un material renovable), además contribuyendo al medio

ambiente, de forma de que el material elaborado va a tener una composición más

natural que una composición química, y a su vez contaminar menos al mundo.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

II.1. MATERIALES

II.1.1. Universo Objetivo:

Material compuesto de matriz polimérica más un refuerzo de material natural.

II.1.2. Universo Muestral:

Placas dimensionadas de acuerdo a norma, fabricadas de polietileno de alta

(24)

II.1.3. Muestra:

9 probetas en forma de placas para tracción, de dimensiones de:

Ancho de la Sección Estrecha (W) = 6 (± 0.5) mm

Longitud de la Sección Estrecha (L)= 33 (± 0.5) mm

Ancho Total (WO)= 19 mm

Longitud Total (LO)= 115 mm

Longitud Calibrada (G) = 25 (± 0.13) mm

Distancia entre Agarraderas (D) = 65 (± 5) mm

Radio del Filete (R) = 14 (± 5) mm, según la Norma ASTM D-638.

Fig.N°9. Dimensiones de la probeta para el Ensayo de Tracción.

II.2. MÉTODOS Y TÉCNICAS

II.2.1. Matriz de Diseño

Se planteó un diseño bifactorial, con 4 niveles para la concentración de tanino y 3

niveles para la temperatura de operación, lo que se resume en las tablas N° 2.1, 2.2,

(25)

II.2.2. Variables y Niveles

Tabla N°1. Niveles de las Variables de Estudio.

VARIABLES INDEPENDIENTES

NIVELES DE ESTUDIO

Factor A: Tipo de Refuerzo

: Partículas de Cáscara de Huevo

: Partículas de Piedra Caliza

Factor B: Cantidad de Partículas de Refuerzo

= 10 g

= 30 g

= 50 g

VARIABLES DEPENDIENTES

Resistencia a la Tracción

Tabla N°2. Diseño de la matriz experimental.

Tipo de Refuerzo

(26)

Tabla N°3. Diseño de Tratamiento de niveles.

N° Total de Pruebas = N° de Matriz x N° de Repeticiones

N° Total de Pruebas = (2 x 3) x 3

Por lo tanto: el número total de probetas de estudio es 36.

pruebas

Tipo de Refuerzo

C

a

nti

d

a

d d

e P

a

rtí

cu

la

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R

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zo

(

g

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1

(

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2

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2

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1

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1

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1

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1

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2

2

(

)

1

(

)

2

3

(

)

1

(

)

2

B

(27)

II.2.2. Procedimiento Experimental

A. Compra y Obtención de Materiales e Insumos

Se compró el Polietileno de Alta Densidad - virgen (1 Saco de 25 Kg), a su vez se

obtuvo la piedra caliza en solido (rocas) del pueblo de Simbal – Rio Bar en el

Departamento de La Libertad, además se obtuvo las cascaras de huevo (1 Bolsa de

5 Kg) en restaurantes y de nuestro propio consumo.

B. Pruebas Pre Experimentales

Se realizó tres pruebas pre experimentales, con el objetivo de confirmar si las

maquinas estarían en un buen porcentaje de optimización para nuestros propósitos.

La primera y la segunda se realizaron para la extrusora ubicada en el laboratorio de

polímeros de la UNT – Ingeniería de Materiales que consistió en realizar el

proceso de extrusión solo con polietileno de alta densidad. La tercera para la

máquina de tracción ubicada en el laboratorio de compuestos de la UNT –

Ingeniería de Materiales.

C. Preparación de los refuerzos

Se extrajo manualmente la membrana testácea (tela orgánica transparente) de los 5

Kg de cascara de huevo, con la razón de que solo trabajamos con pura cascará de

huevo; luego se trituró manualmente en un mortero de cerámica y así se obtuvo

partículas del refuerzo natural.

D. Caracterización del material matriz y refuerzo

Se tamizó la muestra de la cascara de huevo trituradas, el producto pasó por el

tamiz N°30 para obtener las partículas del refuerzo natural; para este proceso se

utilizó un tamiz vibratorio Haver- Boecker, ubicada en el Laboratorio de Cerámico

(28)

E. Proceso de extrusión para la probeta patrón

Se preparó la probeta con las cuales se hicieron las comparaciones (probeta

patrón), utilizando 100 gramos del polietileno de alta densidad virgen.

F. Proceso de extrusión para el material compuesto

Se preparó el material compuesto, pesamos el polietileno de alta densidad (100 g),

después, agregamos el refuerzo natural (cáscara de huevo); en total 2 mezclas,

cada una con la misma cantidad del polímero, pero variando en peso del refuerzo

natural (10 g y 30 g).

G. Preparación de las probetas de tracción

Le tuvimos que dar la geometría que se requiere para el ensayo de tracción,

siguiendo la Norma ASTM D-638, para esto se llevó el producto de extrusión a un

taller de Torno, ubicado en la Av. Villareal #422 al frente del Cerro Pesqueda en el

Departamento de La Libertad, es ahí en donde se trabajó con un torno de tal

manera que se le dio dando la forma requerida.

H. Ensayos de tracción

Se ensayó 9 muestras por tracción con el equipo de tracción (hechiza) según la

Norma ASTM D-638, ubicada en el Laboratorio de Compuestos. Esta máquina de

tracción se tuvo que regular las dos mesas móviles ubicadas a los extremos de la

mesa fija de la máquina de tracción.

I. Resultados y Análisis Estadístico

Se realizó el análisis estadístico ANAVA, Prueba F, de los resultados obtenidos

del ensayo de tracción, se comparó las diferencias de sus valores con los valores

teóricos, y encontrar antecedentes en textos escritos. Además esos resultados

fueron presentados en tablas cada una con su grafica respectiva; muy aparte con

(29)

J. Elaboración del Informe

Se redactó en Word el informe científico elaborado, a su vez, se imprimió 6

ejemplares para los tres jurados, para la hemeroteca, para el colegio de ingenieros

y para el expositor; finalmente se anillo los 6 ejemplares.

(30)

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla N° 4. Valores de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzados con carbonato de calcio (Cascara de huevo).

Polietileno de Alta Densidad con Carbonato de Calcio

(Cáscara de Huevo)

Polietileno de Alta Densidad con Carbonato de Calcio

(Piedra Caliza)

σ

T(MPa)

σ

T(MPa)

Matriz PEAD 37.9 37.9

Refuerzo

10 % 38.5 40.6

30 % 39.8 42.5

50 % 39.4 41.6

Fuente: Elaboración Propia

Figura N° 11. Variación de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Cáscara de huevo).

38.4 38.5 38.6 38.7 38.8 38.9 39 39.1 39.2 39.3 39.4 39.5

0 10 20 30 40 50 60

Resi sten ci a a l a T ra cc n ( M Pa )

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

(31)

Figura N° 12. Variación en forma de barras de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Cáscara de huevo).

Figura N° 13. Variación de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Piedra Caliza).

37.5 38 38.5 39 39.5 40

1 2 3

Resi sten ci a a l a T ra cc n ( M Pa )

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g) vs

Resistencia a la Tracción (MPa)

10 40.5 41 41.5 42 42.5 43

0 10 20 30 40 50 60

R e si ste n ci a al a Tr ac ci ó n ( M Pa)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g) vs

Resistencia a la Tracción (MPa)

(32)

Figura N° 14. Variación en forma de barras de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con carbonato de calcio (Piedra Caliza).

Figura N° 15. Variación de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con cáscara de huevo y piedra caliza.

39.5 40 40.5 41 41.5 42 42.5

1 2 3

R e si ste n ci a a la Tr ac ci ó n (M Pa

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g) vs

Resistencia a la Tracción (MPa)

10 36 37 38 39 40 41 42 43

1 2 3

Resi sten ci a a l a T ra cc n ( M Pa )

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g) vs Resistencia

a la Tracción (MPa)

Cáscara de Huevo

10

30 50

Piedra Caliza 10

(33)

Figura N° 16. Variación en forma de barras de laresistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de alta densidad, reforzado con cáscara de huevo y piedra caliza.

Según lo observado en la Figura N°11 y N°12 podemos notar que los valores de la

resistencia a la tracción de la matriz aumentan conforme se le agrega más refuerzo (10g, 30g de CaCO3 en peso) pero disminuye al agregarle 50g. La resistencia a la tracción del

polímero aumenta pero no considerablemente (38.5 MPa, 39.8 Mpa y 39.4 MPa), esto se

debe a que las partículas no forman un entrecruzamiento como las fibras para darle esa resistencia, ni tampoco tiene el tamaño adecuado (el área) por donde la grieta se pueda desplazar, tal como lo hace con la fibra.

En el caso del uso del refuerzo de carbonato de calcio de la piedra caliza observado en la

Figura N°13 y N°14; agregándoles las mismas cantidades de refuerzo (10g y 30g de CaCO3 en peso) la resistencia a la tracción aumenta un poco más pero también disminuye

al agregarle 50g, (40.6 MPa, 42.5 Mpa y 41.6 MPa) que para el caso anterior; pero

comparándolo con la resistencia a la tracción del polietileno de alta densidad la variación no es muy considerable. Es por eso que en la tesis publicada por Rojas, R. y Teran, Y., la resistencia a la tracción de su compuesto aumentaba de forma apropiada (40.1 MPa, 42.01 MPa, 43.36 MPa, 45.95 MPa, 47.67 MPa) ya que le agrego en fibras (de fique) y no partículas.

Además se sabe que al utilizar menor cantidad el PEAD nos permite realizar un ahorro económico; ya que sabemos que el material virgen de PEAD tiene un valor más alto que el carbonato de calcio (ya se la cascara como la piedra), además podemos ver que este refuerzo no es muy determinante para las propiedades del polietileno de alta densidad.

36 37 38 39 40 41 42 43

1 2 3

R es is tenc ia a l a T rac ci ó n (MPa)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g)

Cantidad en Peso de Refuerzo (g) vs

Resistencia a la Tracción (MPa)

Cáscara de Huevo Piedra Caliza

(34)

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

IV.1. CONCLUSIONES

 El tipo de refuerzo y la cantidad de partículas influye sobre la resistencia a la tracción

de un material compuesto de matriz polietileno de alta densidad obtenido por extrusión.

 La piedra caliza aumenta aún más la resistencia a la tracción del material compuesto

de matriz polietileno de alta densidad que la cáscara de huevo.

 Conforme aumenta la cantidad en peso de ambos refuerzos, aumenta la resistencia a

la tracción del material compuesto de matriz polietileno. Sin embargo al añadir 50g de piedra caliza, la resistencia a la tracción disminuye; además esto no sucede al añadir 50g de cáscara de huevo ya que aumenta pero muy ligeramente.

 La mejor resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de

alta densidad se obtiene al añadir 30g de ambos refuerzos: Cáscara de huevo (10g:

38.5 MPa, 30g: 39.8 MPa y 50g: 39.4 Mpa) y Piedra Caliza (10g: 40.6 MPa, 30g:

42.5 MPa y 50g: 41.6 Mpa).

IV.2. RECOMENDACIONES

 Utilizar otro tipo de malla para obtener mejores resultados (otro tipo de

granulometría para el refuerzo), ya que en esta investigación se trabajó con una malla N°30.

 Diseñar un modelo diferente de probeta para el ensayo de tracción y de esa forma se

podría alcanzar valores más óptimos.

 Investigar agregando mayores cantidades de refuerzos al material compuesto de

polietileno de alta densidad.

 Realizar un estudio de la resistencia a la tracción utilizando otro tipo de polímero

(35)

V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASTM D - 638: ‘‘Propiedades de tracción de los plásticos’’.

ASTM D - 790: ‘‘Propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados y

materiales de aislamiento’’.

ANGULO, L. (2006) Influencia del porcentaje de fibra de totora, sobre la resistencia a la

tracción, flexión y porcentaje de hinchamiento a 24 horas, durante la fabricación de tableros aglomerados de partículas. Universidad Nacional De Trujillo.

BRICEÑO, F. y JACOBO, R. (2012) Influencia de la modificación química de superficie

y contenido de la fibra de fique, sobre la resistencia a la tracción y flexión, de un material compuesto de matriz poliéster. Universidad Nacional de Trujillo.

LEÓN, A. (2004) Resistencia a la flexión de un material compuesto laminado, de matriz

vinil éster y fibra de vidrio continua, envejecido en un horno de ventilación forzada entre 45 y 145°C. Universidad Nacional de Trujillo.

LOPEZ. M (2011), Polietileno de Alta Densidad. Disponible en:

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/polietileno-de-alta-densidad.html

[Consulta] Abril 2015.

LOPEZ. M (2011), Resistencia a la Flexión. Disponible en:

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/propiedades-mecanicas.html

[Consulta] Abril 2015.

LOZANO, T.; BARRIENTOS, J.; NIEVES, D y RODRÍGUEZ, A. (2006) Mecanismos de

dispersión de partículas reforzantes para PP en un extrusor de doble husillo. Universidad Autónoma de Tamaulipas.

MATERIALES PLÁSTICOS. Disponible en:

http://www.edu.xunta.es/centros/iessantomefreixeiro/system/files/plastico.pdf

[Consulta] Abril 2015.

PONCE, M. y GAMBAUDO, S. (2000) Las Rocas Carbonaticas. Instituto de Tecnología

Minera – SEGEMAR.

RAMOS L. Extrusión de Plásticos, Edición Limusa, Capítulo 5, pág 69

REVISTA INGENIERÍA PLÁSTICA, Grupo Editorial Costa Nogal S.A., 1999 - Nº 5

Disponible en: http://www.ingenieriaplastica.com/revistas/r5/revista_5.html [Consulta]

(36)

REVISTA INGENIERÍA PLÁSTICA, Grupo Editorial Costa Nogal S.A., 2001 - Nº 10

Disponible en: http://www.ingenieriaplastica.com/revistas/r10/revista_10.html

[Consulta] Abril 2015.

REVISTA INGENIERÍA PLÁSTICA, Grupo Editorial Costa Nogal S.A., 2004 - Nº 16

Disponible en: http://www.ingenieriaplastica.com/revistas/r16/revista_16_pacifico.html

[Consulta] Abril 2015.

RUBIO, N. (2013) Efecto del porcentaje de fibra de fique y tipo de tratamiento

superficial sobre la resistencia a la tracción de un compuesto de matriz poliéster insaturado. Universidad Nacional de Trujillo.

RUJEL, V. (2008) Influencia del contenido y tipo de tratamiento de la fibra de bagazo de

caña de azúcar, en la resistencia a la tracción y flexión en un compuesto de matriz de poliéster. Universidad Nacional de Trujillo.

SMITH, W. F. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales, 4ta Edición, pág.

469, 470 y 649.

ZAYAS J. (2007) Disponible en:

(37)
(38)

ANEXOS I: RESULTADOS DE LOS ENSAYOS PARA EL MATERIAL COMPUESTO DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD

ANEXO II: FOTOS

Figura N°17. Balanza Analítica.

(a) (b)

Figura N°18.(a) Espátula y (b) Jarra pequeña de plástico.

(39)

Figura N°20. 70 Kg de Polietileno de Alta Densidad.

(a) (b)

Figura N°21.(a) Cáscara de Huevo y (b) Piedra Caliza.

(40)

Figura N°23. Tamizadora Vibratoria Haver- Boecker.

Figura N°24. Eliminación de la membrana testácea de la cascar de huevo.

(a) (b)

(41)

Figura N°26. Agregado del PEAD y del refuerzo.

(a) (b)

(c)

Figura N°27.(a) PEAD + 10 g de Refuerzo, (b) PEAD + 30 g de Refuerzo y (c) PEAD + 50 g de

(42)

(a)

(b)

(c)

Figura N°28.(a) Colocación de la probeta en la mordaza, (b) Ajuste de la mordaza y (c)

(43)

(a)

(b)

(c)

Figura N°29.(a) Probeta dePEAD + 10 g de Refuerzo después de haber sufrido tensión, (b)

(44)

ANEXO III

Designación: D 638 – 01 Una Norma Nacional Americana

Método de ensayo estándar para

Propiedades de tracción de plásticos

Esta norma ha sido publicada bajo la designación fija D 638; el número inmediatamente siguiente a la designación indica el año de adopción original o, en el caso de revisión, el año de la última revisión. Un número entre paréntesis indica el año de la última reprobación. Una épsilon superíndice (e) indica un cambio editorial desde la última revisión o reprobación.

Esta norma ha sido aprobada para su uso por agencias del Departamento de Defensa.

1. Alcance *

1.1 Este método de ensayo cubre la determinación de las propiedades de tracción de plásticos no reforzados y reforzados en forma de muestras de ensayo estándar, cuando se ensaya en condiciones definidas de tratamiento previo, la temperatura, la humedad, y la velocidad de la máquina de pruebas.

1.2 Este método de ensayo puede ser utilizado para ensayos de materiales de cualquier espesor de hasta 14 mm (0,55 in.). Sin embargo, para el análisis de muestras en forma de láminas delgadas, incluyendo la película de menos de 1,0 mm (0,04 pulg.) de espesor, Métodos de Ensayo D 882 es el método de ensayo preferido. Los materiales con un espesor superior a 14 mm (0,55 pulg.) deben reducirse en el mecanizado.

1.3 Este método de ensayo incluye la opción de determinar la relación de Poisson a temperatura ambiente.

NOTA 1-Este método de ensayo ISO 527 a 1 son técnicamente equivalentes.

NOTA 2: Este método de ensayo no se destina a cubrir los procedimientos físicos precisos. Se reconoce que la constante de velocidad de la cruceta tipo de movimiento de prueba deja mucho que desear desde el punto de vista teórico, que pueden existir grandes diferencias entre la tasa de movimiento de la cruceta y el ritmo de la tensión entre las marcas de calibre en la muestra, y que las velocidades de prueba pueden disfrazar efectos característica importante de materiales en estado plástico. Además, se dio cuenta de que las variaciones en los espesores de las muestras de ensayo, que están permitidos por estos procedimientos, producen variaciones en las proporciones de superficie-volumen de tales especímenes, y que estas variaciones pueden influir en los resultados de la prueba. Por lo tanto, cuando se desean resultados directamente comparables, todas las muestras deben ser de igual espesor. Pruebas adicionales especiales se deben utilizar cuando se necesitan datos físicos más precisos.

NOTA 3-Este método de ensayo puede ser utilizado para las pruebas de resina fenólica moldeado o materiales laminados. Sin embargo, cuando se utilizan estos materiales como aislamiento eléctrico, dichos materiales deben probarse de acuerdo con la norma ASTM D 229 y ASTM D 651.

NOTA 4-Para propiedades de tracción de los materiales compuestos de matriz de resina reforzada con alto módulo continuo o discontinuo> 20 GPa (> 3,0 3 106 psi) fibras, las pruebas se realizarán de conformidad con la norma ASTM D 3039 / D 3039M.

(45)

1.5 Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como el estándar. Los valores entre paréntesis son sólo para información.

1.6 Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si los hay, son asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.

2. Documentos de referencia

2.1 Normas ASTM:

D 229 Métodos de prueba para la hoja rígida y Materiales Plate Se utiliza para Electrical Insulation2

D 412 Métodos de prueba para vulcanizado de caucho y termoplástico Elastómeros-Tracción

D 618 Prácticas de Acondicionado de Plásticos para Tracción

D 651 Método de prueba para resistencia a la tracción de Moldeado Eléctrico Materiales aislantes. Métodos de ensayo D882 para las propiedades de tracción de plástico

D 883 Terminología Relativa de Plásticos.

D 1822 Método de prueba para la tracción-Impacto energía para romper Plásticos y materiales aislantes eléctricos.

D 3039 / D 3039M Método de prueba para propiedades de tracción de Materiales Compuestos de Matriz Polimérica.

D 4000 Sistema de Clasificación de Especificación de Materiales Plásticos

D4066 Especificación para Nylon en Métodos de prueba de inyección y extrusión para dimensiones físicas de la muestra de plástico

E 4 Prácticas para la Fuerza de Verificación de las Maquinas de Pruebas

E 83 Práctica para la verificación y clasificación de Extensómetro

E 132 Método de prueba para la relación de Poisson a Temperatura ambiente.

E 691 Práctica para la realización de un estudio entre laboratorios para determinar la precisión de un Método de Prueba.

2.2 Norma ISO:

ISO 527-1 Determinación de las propiedades de tracción 11

3. Terminología

(46)

4. Importancia y Uso

4.1 Este método de ensayo está diseñado para producir propiedad de tracción datos para el control y la especificación de materiales plásticos. Estos datos también son útiles para la caracterización cualitativa y para investigación y desarrollo. Para muchos materiales, puede haber una especificación que requiere el uso de este método de ensayo, pero con algunas modificaciones de procedimiento que tienen prioridad cuando la adhesión a la especificación. Por lo tanto, es aconsejable para referirse a esa especificación del material antes de usar este método de ensayo. Tabla 1 en la clasificación D 4000 listas de los materiales de ASTM normas que existen actualmente.

4.2 Las propiedades de tracción pueden variar con la preparación de muestras y con la velocidad y el entorno de prueba. En consecuencia, donde se desean resultados comparativos precisos, estos factores deben ser cuidadosamente controlados.

4.2.1 Se dio cuenta de que un material no puede ser probado sin también probar el método de preparación de ese material. Por lo tanto, cuando se desean pruebas comparativas de materiales per se, la mayor se debe tener cuidado para asegurarse de que todas las muestras son preparado exactamente de la misma manera, a menos que la prueba es para incluir los efectos de la preparación de la muestra. Del mismo modo, para los propósitos árbitro o comparaciones dentro de cualquier serie dada de especímenes, se debe tener cuidado para asegurar el máximo grado de uniformidad en los detalles de la preparación, el tratamiento y la manipulación.

4.3 Las propiedades de tracción pueden proporcionar datos útiles para plásticos fines de diseño de ingeniería. Sin embargo, debido a la alta grado de sensibilidad mostrada por muchos plásticos a la tasa de condiciones de esfuerzo y ambientales, los datos obtenidos por este método de prueba no puede considerarse válida para aplicaciones que implican escalas de tiempo de carga o ambientes muy diferentes de los de este método de ensayo. En los casos de tal desemejanza, sin estimación fiable del límite de la utilidad se puede hacer para mayoría de los plásticos. Esta sensibilidad a la tasa de esfuerzo y el medio ambiente hace necesario la prueba sobre una escala de amplio tiempo de carga (incluyendo impacto y fluencia) y el rango de condiciones ambientales si propiedades de tracción son suficiente para los propósitos de diseño de ingeniería.

Nota 5. Dado que la existencia de un cierto límite elástico en plásticos (como en muchos otros materiales orgánicos y en muchas medallas) es discutible, la conveniencia de aplicar el término "módulo de elasticidad" en su cita, en general, definición aceptada para describir la "rigidez" o "rigidez" de un plástico tiene sido seriamente cuestionada. Las características exactas de tensión-deformación de plástico materiales son altamente dependientes de factores tales como la tasa de aplicación del estrés, la temperatura, la historia previa de la muestra, etc. Sin embargo, la tensión del estrés curvas para plásticos, determinadas como se describe en este método de ensayo, casi siempre muestran una región lineal a bajas tensiones, y una línea recta tangente trazada a esta porción de la curva permite el cálculo de un elástico módulo del tipo por lo general definido. Una constante Tal es útil si su naturaleza arbitraria y la dependencia de tiempo, temperatura, y factores similares se realizan.

(47)

elástica bajo la acción de la aplicada la fuerza, la tensión lateral tiene una relación constante a la axial tensión. Esta constante, llamado coeficiente de Poisson, se define como la relación negativa de la transversal (negativo) a axial cepa bajo tensión uniaxial.

4.4.1 coeficiente de Poisson se utiliza para el diseño de estructuras en que todos los cambios dimensionales resultantes de la aplicación de la fuerza que tenga que ser tomada en cuenta y en la aplicación de la teoría generalizada de elasticidad para el análisis estructural.

NOTA 6-La precisión de la determinación de la relación de Poisson es generalmente limitada por la precisión de las mediciones de deformación transversal porque los errores porcentuales en estas mediciones son generalmente mayores que en las mediciones de la deformación axial. Desde una relación en lugar de un absoluto se mide la cantidad, sólo es necesario conocer con precisión el relativo valor de los factores de calibración de los extensómetros. También, en general, la valor de las cargas aplicadas no necesita ser conocida con precisión.

5. Aparato

5.1 Máquina de prueba-A máquina de ensayo del tipo de cruceta de movimiento y que comprende esencialmente el seguimiento:

5.1.1 Corregido Miembro-A fijo o esencialmente estacionaria miembro de la realización de un agarre.

5.1.2 Miembro Movible -Un elemento móvil que lleva un segundo agarre.

5.1.3 Grips-Grips para la celebración de la muestra de ensayo entre el elemento fijo y el elemento móvil de la prueba máquina puede ser del tipo fijo o auto-alineación.

5.1.3.1 apretones fijos están unidos rígidamente a la fija y elementos móviles de la máquina de ensayo. Cuando este tipo de agarre se utiliza mucho cuidado se debe tomar para asegurarse de que la prueba espécimen se inserta y se sujeta de manera que el eje largo de la espécimen de prueba coincide con la dirección de la tracción a través de la línea central del conjunto de agarre.

5.1.3.2 Apretones a rótula se unen a la fija y elementos móviles de la máquina de ensayo de tal manera que que se moverá libremente en la alineación tan pronto como cualquier carga es aplicado de manera que el eje largo de la muestra de ensayo coincidirá con la dirección de la tracción aplicada a través de la línea central del conjunto de agarre.

(48)

5.1.3.3 La muestra de ensayo se llevarán a cabo de tal manera que deslizamiento relativo a las empuñaduras se evita en la medida de lo posible. Superficies de agarre que están profundamente marcados o dentada con un patrón estrías similares a las de un archivo de un solo corte grueso, aproximadamente 2,4 mm (0,09 pulg.) de distancia y aproximadamente 1,6 mm (0,06 pulg.) de profundidad, ha encontrado satisfactorio para la mayoría de los termoplásticos. Estrías Finer se han encontrado para ser más satisfactorio para más duro plásticos, tales como los materiales termoendurecibles. las estrías se debe mantener limpia y nítida. Rompiendo en las garras puede ocurrir a veces, incluso cuando estrías profundas o espécimen erosionadas superficies se utilizan; otras técnicas se deben utilizar en estos casos.

Otras técnicas que se han encontrado útiles, en particular con apretones enfrentan lisa, se abrasión que parte de la superficie de la muestra que estará en las garras, e interponiendo delgada piezas de tela abrasiva, papel de lija, o plástico o caucho recubiertos tela, comúnmente llamado láminas de hospital, entre el espécimen y la superficie de agarre. No. 80 de doble cara abrasiva papel se ha encontrado eficaz en muchos casos. Una de malla abierta tela, en la que los hilos están recubiertos con abrasivo, tiene también sido eficaz. La reducción del área de sección transversal del espécimen también puede ser eficaz. El uso de tipos especiales de apretones es a veces necesario para eliminar el deslizamiento y la rotura en los apretones.

5.1.4 Drive mecanismo Mecanismo-Una unidad para impartir al elemento móvil de manera uniforme, con velocidad controlada respecto al miembro estacionario, con esta velocidad sea regulada como se especifica en la Sección 8. A Indicador mecanismo de carga indicando adecuada

5.1.5 Carga capaz de mostrar la carga total a la tracción realizado por la probeta cuando en manos de las empuñaduras. Este mecanismo será esencialmente libre de lag inercia al tipo específico de pruebas y deberá indicar la carga con una precisión de 61% de la valor, o mejor indicada. La precisión de la máquina de ensayo se verificará de conformidad con las Prácticas E 4.

NOTA 7-La experiencia ha demostrado que muchas máquinas de prueba ahora en uso son incapaces de mantener la precisión durante el tiempo que los períodos entre la inspección recomendada en las Prácticas E 4. Por lo tanto, se recomienda que cada máquina se estudiará individualmente y verificado todas las veces que sean considerado necesario. Con frecuencia será necesario para realizar esta función diariamente.

5.1.6 El elemento fijo, elemento móvil, mecanismo de accionamiento, y apretones serán de tales materiales y en tales proporciones que la deformación longitudinal elástica total de la sistema constituido por estas partes no exceda de 1% de la deformación longitudinal total entre las dos marcas de calibre en la prueba espécimen en cualquier momento durante la prueba y en cualquier carga hasta el capacidad nominal de la máquina.

(49)

función de la carga en la muestra de ensayo o de la el tiempo transcurrido desde el inicio de la prueba, o ambos. Si sólo este último se obtiene, también hay que tener datos en tiempo de carga. Este instrumento será esencialmente libre de la inercia a la velocidad especificada de la prueba. Extensómetros se clasificarán y su calibración verificado periódicamente de acuerdo con la norma ASTM E 83.

5.2.1 Módulo-de-Elasticidad Mediciones-Para modulusof - mediciones de elasticidad, un extensómetro, con un máximo error cepa de 0,0002 mm / mm (pulg. / pulg.) que de forma automática y continuamente se utilizarán los registros. Un extensómetro clasificado por la norma ASTM E 83 como el cumplimiento de los requisitos de un B-2 clasificación dentro de la gama de uso para las mediciones de módulo cumple este requisito.

5.2.2 Mediciones-For Bajo-Extensión alargamiento a rendimiento y las mediciones de baja de extensión (nominalmente 20% o menos), el mismo extensómetro anteriormente, atenuada a 20% de extensión, puede ser usado. En cualquier caso, el sistema extensómetro debe reunirá al menos de clase C (Práctica E 83) requisitos, que incluir un error de tensión fija de 0.001 tensión o 61,0% de la deformación indicada, lo que sea mayor.

5.2.3 Alta Extensión mediciones para realizar mediciones en alargamientos mayor que 20%, las técnicas de medición con error no superior al 610% del valor medido son aceptables.

5.2.4 extensómetro de Poisson Ratio-Bi-axial o axial y extensómetros transversales capaces de registrar la deformación axial y deformación transversal de forma simultánea. Los extensómetros serán capaz de medir el cambio en las cepas con una precisión de 1% del valor o mejor relevante.

NOTA 8 Galgas-cepa puede utilizarse como un método alternativo para medir axial y deformación transversal; sin embargo, las técnicas adecuadas para el montaje calibradores de tensión son cruciales para la obtención de datos precisos. Consulte medidor de deformación proveedores para la instrucción y la formación en estas técnicas especiales.

5.3 micrómetros Micrómetros-adecuado para medir la anchura y espesor de la muestra de ensayo a un incremento discriminación de al menos 0,025 mm (0,001 in.) se debe utilizar. Todas las medidas de anchura y espesor de rígida y semirrígida los plásticos se pueden medir con un micrómetro mano con trinquete.

Un instrumento adecuado para medir el espesor de no rígido probetas deberán tener: (1) una presión de contacto de medición de 25 6 2,5 kPa (3,6 6 0,36 psi), (2) un contacto circular movible 6,35 pies 6 0,025 mm (0,250 6 0,001 in.) de diámetro, y (3) un menor fija yunque suficientemente grande como para extenderse más allá del contacto pie en todas las direcciones y ser paralelo al pie de contactos dentro de 0,005 mm (0,0002 in.) sobre toda la zona de los pies. Planeidad del pie y el yunque deberá ajustarse al método de prueba D 5947.

(50)

6. Las muestras de prueba

6.1 Plásticos Hoja, Placa y moldeados:

6.1.1 espécimen rígidos y semirrígidos Plásticos: el ensayo se ajustarse a las dimensiones mostradas en la figura. 1. El tipo I muestra es la muestra preferida y se utiliza cuando suficiente material con un espesor de 7 mm (0,28 pulg.) o menos está disponible.

El espécimen tipo II pueden utilizarse cuando un el material no se rompe en la sección estrecha con el preferido Tipo I muestra. Se utilizarán los espécimen Tipo V, donde único material limitada tiene un espesor de 4 mm (0,16 in.) o menos está disponible para la evaluación, o cuando un gran número de especímenes han de ser expuestos en un espacio limitado (térmica y pruebas de estabilidad del medio ambiente, etc.).

El espécimen tipo IV se debe utilizar cuando se requieren comparaciones directas entre materiales en diferentes casos de rigidez (es decir, no rígido y semi rígido). El tipo de espécimen III deben ser utilizados para todos materiales con un espesor de más de 7 mm (0,28 pulg.) pero no más de 14 mm (0,55 pulg.).

(51)

A Espesor, T, será 3,26 0,4 mm (0,13 6 0,02 pulg.) Para todos los tipos de especímenes moldeados, y para otros tipos I y II especímenes cuando sea posible. Si las muestras son mecanizada a partir de láminas o placas, espesor, T, puede ser el espesor de la lámina o placa siempre que ello no excede del rango establecido para el tipo de muestra prevista. Para las hojas de espesor nominal mayor que 14 mm (0,55 pulg.) De los especímenes se mecanizan a 14 6 0,4 mm (0,55 6 0,02 pulg.) De espesor, para uso con el Tipo III espécimen. Para las hojas de espesor nominal de 14 a 51 mm (0,55 y 2 pulg.) Aproximadamente iguales cantidades serán mecanizados en cada superficie. Para las hojas más gruesas ambas superficies de la muestra se mecanizan y se tomó nota de la ubicación de la muestra con referencia al espesor original de la hoja. Las tolerancias en espesor inferior a 14 mm (0,55 pulg.) serán los estándar para el grado del material ensayado.

B Para la muestra de tipo IV, la anchura interna de la sección estrecha de la matriz será de 6,00 6 0,05 mm (0,2506 0,002 pulg.). Las dimensiones son esencialmente las de Die C en la norma ASTM D 412.

C El tipo de muestra V se mecanizan o morir cortan a las dimensiones indicadas, o moldeados en un molde cuya cavidad tiene estas dimensiones. Las dimensiones serán las siguientes:

W = 3,18 6 0,03 mm (0,125 6 0,001 pulg.),

L = 9,53 6 0,08 mm (0,375 6 0,003 in.),

G = 7,62 6 0,02 mm (0,300 6 0,001 pulg.), Y

R = 12,7 6 0,08 mm (0,500 6 0,003 in.).

Las otras tolerancias son los de la tabla.

D Apoyo datos sobre la introducción de la muestra L de la norma ASTM D 1822 como el espécimen Tipo V están disponibles en la sede de la ASTM. Solicitud RR: D20-1038.

E El ancho en el centro Wc será 0,00 mm, -0,10 mm (0.000 in., -0,004 Pulg.) En comparación con la anchura W en otras partes de la sección reducida. Cualquier reducción en W en el centro deberá ser gradual, por igual a cada lado para que no haya cambios bruscos en consecuencia dimensión.

F Para especímenes moldeados, un proyecto de no más de 0,13 mm (0,005 pulg.) Se puede permitir, ya sea de tipo I o II especímenes 3,2 mm (0,13 pulg.) De espesor, y esto debe ser tomado en cuenta al calcular la anchura de la probeta. Así, una sección típica de un tipo moldeado I Modelo, teniendo el calado máximo permisible, podría ser el siguiente:

(52)

H En general longitudes mayores que el mínimo indicado puede ser conveniente, ya sea para evitar romper en las garras o para satisfacer requisitos especiales de prueba.

I Marcas de prueba o rango total inicial extensómetro.

J Cuando se utilizan mordazas de auto-apriete, para polímeros altamente extensible, la distancia entre agarres dependerá de los tipos de empuñaduras utilizadas y puede no ser crítico si mantenido uniforme una vez elegido.

FIG. 1 Tensión de prueba de las muestras de hoja, de la Plata, y moldeado de plásticos másde 14 mm (0,55 pulg.).

6.1.3 compuestos reforzados-La muestra de ensayo para reforzada materiales compuestos, incluyendo laminados altamente ortotrópico,deberán ajustarse a las dimensiones del tipo I modelo que figura en la Fig. 1.

Figure

Figura N°1. Clasificación de los materiales compuestos.

Figura N°1.

Clasificación de los materiales compuestos. p.16
Figura N°3. Estructura de un termoplástico.

Figura N°3.

Estructura de un termoplástico. p.17
Figura N°2. Propiedades generales de los diferentes tipos de materiales.

Figura N°2.

Propiedades generales de los diferentes tipos de materiales. p.17
Figura N°4. Estructura del polietileno de alta densidad.

Figura N°4.

Estructura del polietileno de alta densidad. p.18
Figura N°5. Equivalentes en carbonato de calcio de los materiales calcáreos.

Figura N°5.

Equivalentes en carbonato de calcio de los materiales calcáreos. p.19
Figura N°6. Estructura del huevo: (1) Embrión, (2) Bolsa de Albumina, (3) Bolsa de la

Figura N°6.

Estructura del huevo: (1) Embrión, (2) Bolsa de Albumina, (3) Bolsa de la p.20
Figura N°8. Representación esquemática de una extrusora de husillo sencillo.

Figura N°8.

Representación esquemática de una extrusora de husillo sencillo. p.21
Tabla N°1. Niveles de las Variables de Estudio.  VARIABLES

Tabla N°1.

Niveles de las Variables de Estudio. VARIABLES p.25
Tabla N°3. Diseño de Tratamiento de niveles.

Tabla N°3.

Diseño de Tratamiento de niveles. p.26
Tabla N° 4. Valores de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de

Tabla N°

4. Valores de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno de p.30
Figura N° 13. Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno

Figura N°

13. Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno p.31
Figura N° 12. Variación  en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto

Figura N°

12. Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto p.31
Figura N° 15. Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno

Figura N°

15. Variación de la resistencia a la tracción del material compuesto de matriz polietileno p.32
Figura N° 14. Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto

Figura N°

14. Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto p.32
Figura N° 16. Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto

Figura N°

16. Variación en forma de barras de la resistencia a la tracción del material compuesto p.33
Figura N°19. Vaso de Tecnopor.

Figura N°19.

Vaso de Tecnopor. p.38
Figura N°21. (a) Cáscara  de Huevo y (b) Piedra Caliza.

Figura N°21.

(a) Cáscara de Huevo y (b) Piedra Caliza. p.39
Figura N°22. Molino de Bolas.

Figura N°22.

Molino de Bolas. p.39
Figura N°24. Eliminación de la membrana testácea de la cascar de huevo.

Figura N°24.

Eliminación de la membrana testácea de la cascar de huevo. p.40
Figura N°25. (a) Pellets de PEAD y (b) Pesado del PEAD en una balanza analítica.

Figura N°25.

(a) Pellets de PEAD y (b) Pesado del PEAD en una balanza analítica. p.40
Figura N°27. (a) PEAD + 10 g de Refuerzo, (b) PEAD + 30 g de Refuerzo y (c) PEAD + 50 g de

Figura N°27.

(a) PEAD + 10 g de Refuerzo, (b) PEAD + 30 g de Refuerzo y (c) PEAD + 50 g de p.41
Figura N°26. Agregado del PEAD y del refuerzo.

Figura N°26.

Agregado del PEAD y del refuerzo. p.41
FIG. 1 Tensión de prueba de las muestras de hoja, de la Plata, y moldeado de plásticos más de  14 mm (0,55 pulg.)
FIG. 1 Tensión de prueba de las muestras de hoja, de la Plata, y moldeado de plásticos más de 14 mm (0,55 pulg.) p.52
FIG. 2 Diagrama de las muestras para el ensayo de traccion.
FIG. 2 Diagrama de las muestras para el ensayo de traccion. p.53
FIG. 3 Diagrama que muestra la ubicación de la barra de tensión de prueba de muestras en la
FIG. 3 Diagrama que muestra la ubicación de la barra de tensión de prueba de muestras en la p.55
TABLA 1 Designaciones para velocidad de Pruebas

TABLA 1

Designaciones para velocidad de Pruebas p.57
Tabla A.II.1. Cuadro resumen del análisis de varianza para un diseño factorial de dos  factores

Tabla A.II.1.

Cuadro resumen del análisis de varianza para un diseño factorial de dos factores p.59
Tabla A.II.2. Datos obtenidos indicando los niveles y las resistencias a la tracción  durante los ensayos

Tabla A.II.2.

Datos obtenidos indicando los niveles y las resistencias a la tracción durante los ensayos p.60
Tabla A.II.3. Calculo para el análisis de varianza  Tipo de Refuerzo  a1  Cascara de Huevo  a2  Piedra Caliza  Yi     Cantidad de Partículas (g) b1  10  38.4 38.6 38.5  40.5 40.6 40.8  237.4  56358.8 b2 30 39.6 39.9 39.3 42.8 42.2 42.6 246.9 60959.6 b3 50

Tabla A.II.3.

Calculo para el análisis de varianza Tipo de Refuerzo a1 Cascara de Huevo a2 Piedra Caliza Yi Cantidad de Partículas (g) b1 10 38.4 38.6 38.5 40.5 40.6 40.8 237.4 56358.8 b2 30 39.6 39.9 39.3 42.8 42.2 42.6 246.9 60959.6 b3 50 p.61
Tabla A.II.4. Análisis de varianza de los resultados experimentales de la  resistencia a la tracción del material compuesto

Tabla A.II.4.

Análisis de varianza de los resultados experimentales de la resistencia a la tracción del material compuesto p.66

Referencias