Una plataforma de pruebas de Estudios de durabilidad de Polímeros y reforzados con fibra de polímero composites bajo estímulos Concurrente Hygrothermo-mecánica

El objetivo general de este procedimiento es mejorar el diseño y la seguridad de polímeros y compuestos poliméricos en condiciones de carga complejas. A través del estudio de su durabilidad bajo cargas hidrotermales y mecánicas concurrentes, utilizando una plataforma de ensayos de bajo costo, flexible y fácil de usar. En primer lugar, las muestras de compuesto polimérico se colocan en un tanque de ensayo.

A continuación, se aplica una carga de flexión constante de tres puntos y la muestra se sumerge simultáneamente en fluido con carga de fluencia. Las lecturas de resistencia medidas se convierten en cambios de desplazamiento. Para el análisis, los pesos de las muestras se miden después de las pruebas concurrentes.

Por último, se prueban las muestras para determinar su resistencia residual. Por lo tanto, los propósitos mecánicos y de diseño de los materiales se comprenden mejor en función de su respuesta a la carga concurrente. La principal ventaja de esta plataforma sobre los métodos existentes es que es de bajo costo, fácil de usar, portátil y fácilmente adaptable a otras necesidades de prueba.

Las aplicaciones de este trabajo se centran en estructuras de ingeniería más seguras hechas de polímeros y compuestos poliméricos, como aviones, barcos, puentes y turbinas eólicas. Tendremos una mejor comprensión y, por lo tanto, mejores modelos numéricos y diseños de estas estructuras en condiciones de servicio complejas. Actualmente estamos utilizando este método para proporcionar información sobre la durabilidad de los polímeros y los compuestos poliméricos, sumergidos en agua y bajo carga mecánica.

Sin embargo, también se puede aplicar a otras situaciones, como la durabilidad de otros materiales que se someten habitualmente a productos químicos agresivos durante el servicio. En general, las personas nuevas en esta plataforma deben prestar atención a colocar y cargar cuidadosamente las muestras. La cámara del aparato de prueba está construida con polietileno de alta densidad, que tolerará de manera robusta una amplia gama de temperaturas y fluidos.

La espuma de poliestireno que rodea el tanque de prueba evita el intercambio de calor con el medio ambiente. La tapa de la cámara es de policarbonato de 9,5 milímetros de grosor, lo que permite la visualización de los especímenes cargados. Está asegurado por una barra en T de aluminio, que a su vez está asegurada al tanque para acomodar una carga pesada.

Se aplica un marco de acero de refuerzo y ganchos adicionales en la tapa. Los pesos más pesados se utilizan con mayor frecuencia para las pruebas de resistencia residual. Esta cámara puede aplicar hasta 50 kilogramos a cada muestra para garantizar que se encuentre el punto de falla.

De la tapa cuelgan tres bloques de aluminio diseñados según los estándares A STM. Estos bloques permiten analizar hasta cuatro muestras simultáneamente y son ajustables a través de ranuras en la tapa de la cámara. Las muestras se colocan debajo de dos de los bloques y una fuerza ascendente en el centro de un bloque induce fuerzas de flexión en la muestra.

El aparato tiene ruedas móviles en su base y se mantiene sólidamente unido por un marco de acero con vigas transversales y malla para soporte. Los espaciadores en ángulo evitan que el aislamiento sea aplastado por el peso superior y los medidores de desplazamiento en el marco, la polea y los sistemas de potenciómetro de cuerda miden las deflexiones de la mitad del tramo. Estos potenciómetros están construidos con resortes torsionales.

La polea conecta el cable de acero desde una conexión de la muestra a una varilla de suspensión para una aplicación de peso ajustable. La carga total aplicada a la muestra proviene de esta serie de cables, enlaces de poleas y pernos. Estos se explican en las siguientes secciones, que cubren el uso del aparato para cargar una muestra en el aparato de prueba.

Primero, abra la tapa del tanque y coloque la tapa en los soportes laterales. A continuación, cargue la muestra en el perno en U. La barra transversal debe estar en el centro de la muestra.

Ahora apoye los extremos de la muestra en el soporte de aluminio. Debe haber entre cinco y 10 milímetros de voladizo. Continúe cargando hasta cuatro muestras de la misma manera.

A continuación, retire los soportes de la tapa y baje la tapa. Asegúrese de que la tapa esté correctamente asentada en el tanque. Ahora, aplique la fuerza deseada a las muestras agregando pesos a la varilla de acero que cuelga de la polea exterior.

Primero, asegúrese de que la línea del potenciómetro esté apretada. A continuación, mida la resistencia a través de los pines exteriores del potenciómetro. El cable negro va al pin uno y el cable rojo va al pin tres.

Ahora, convierta la lectura de resistencia en desplazamiento calculando el factor de calibración. En este caso, un kilo ohmio corresponde a 64.895 milímetros de cilindrada. Para la adquisición continua de datos, es posible conectar los potenciómetros de cadena al multímetro digital.

Después de calcular el desplazamiento, prepárese para pesar las muestras, quitar los pesos y la tapa del tanque. A continuación, las muestras pueden transferirse a la cámara de retención. En primer lugar, prepare una cámara de retención provisional para todas las muestras a temperatura ambiente, con el fluido de ensayo del estándar de ensayo adecuado.

Ahora, para pesar un espécimen primero, séquelo con un paño de microfibra. A continuación, colóquelo en una báscula de alta precisión y registre la lectura de datos. Si es necesario probar la resistencia residual de las muestras, proceda con esas pruebas.

Se realizaron ensayos mecánicos térmicos de alto crecimiento a temperatura ambiente en dos grupos de cuatro muestras de espuma de poliuretano de celda cerrada. Un grupo se sometió a pruebas en seco al 50% de humedad relativa. El segundo grupo se probó húmedo en agua desionizada.

Se realizó un seguimiento de la deflexión de la mitad del tramo durante las primeras seis horas y más tarde al día siguiente. El desplazamiento de los especímenes húmedos fue sustancialmente mayor que el de los especímenes secos. La resistencia residual de las probetas se probó cargando hasta el fallo.

Los especímenes húmedos fallaron a los tres kilogramos, y los especímenes secos fallaron a los 3,6 kilogramos. Si la configuración se realiza correctamente, las muestras se pueden colocar y cargar en esta plataforma en 15 minutos. Al seguir este procedimiento, es importante recordar colocar y cargar las muestras correctamente, especialmente si requieren un peso significativo para el estudio de durabilidad.

Se pueden realizar otros estudios, como la durabilidad de los compuestos y los productos químicos agresivos, para responder preguntas adicionales sobre la durabilidad de estos materiales. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo probar polímeros y compuestos de polímeros utilizando esta configuración de prueba fácil de usar y de bajo costo. Si trabaja con productos químicos agresivos, recuerde cumplir con las precauciones indicadas en las hojas de seguridad de materiales y salud y seguridad ambiental.