1.8 Propiedades mecánicas

En la gráfica 1.25, se observan curvas típicas de tensión-elongación para dos tipos de polímero. Puede observarse, que los plásticos rígidos como el poliestireno, el poli-metil metacrilato o los policarbonatos pueden soportar una gran tensión, pero no presentan demasiada elongación antes de su ruptura. No existe una gran área bajo la curva. Se dice entonces que estos materiales son resistentes, pero no muy duros. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico rígido. Por esta última razón los plásticos rígidos tienen módulos elevados (obtenidos por la pendiente de esta gráfica a bajas elongaciones). Resumiendo, los plásticos rígidos tienden a ser resistentes, soportan la deformación, pero no suelen ser duros, es decir, son quebradizos (Swallowe 2013).

Figura 1.25

Figura 1.25. Comportamiento mecánico aplicar una fuerza y la elongación que presentan dos tipos de polímero.

Los plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno difieren de los plásticos rígidos en el sentido que no soportan tanto la deformación, pero tampoco tienden a la ruptura. El módulo inicial es elevado, o sea que resisten la deformación por un tiempo, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico flexible, finalmente se deformará, es decir tienen un punto de cedencia. Como conclusión, podemos decir que los plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los rígidos, pero son mucho más dúctiles.

Es posible alterar el comportamiento tensión-estiramiento de un plástico con aditivos denominados plastificantes. Un plastificante es una molécula pequeña que hace más flexible al plástico. Por ejemplo, sin plastificantes, el policloruro de vinilo o PVC, es un plástico rígido, que se usa tal cual para cañerías de agua. Pero con plastificantes, el PVC puede ser lo suficientemente flexible como para fabricar juguetes inflables para piletas de natación.

Las fibras poliméricas tienden a exhibir curvas tensión-estiramiento similares a la de los plásticos rígidos: son más resistentes que duras y no se deforman demasiado bajo tensión. Pero cuando es resistencia lo que se requiere, las fibras tienen mucho que ofrecer. Son mucho más resistentes que los plásticos, aún los rígidos, y algunas fibras poliméricas como el Kevlar, la fibra de carbono y el polietileno de peso molecular ulta-alto poseen mejor resistencia tensil que el acero.

Los elastómeros o hules como el poliisopreno, el polibutadieno y el polisobutileno muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros tipos de materiales. Los elastómeros tienen módulos muy bajos pero, para que un polímero sea un elastómero, le hace falta algo más que tener módulo bajo. El hecho de ser fácilmente estirado no le da demasiada utilidad, a menos que el material pueda volver a su tamaño y forma originales una vez que el estiramiento ha terminado. Obviamente, los elastómeros recobran su forma y eso los hace tan sorprendentes. No poseen sólo una elevada elongación, sino una alta elongación reversible.

1.8.1 Propiedades de dureza

La dureza de un material es una propiedad fundamental que debe tomarse en cuenta al diseñar una pieza. Es frecuente encontrar datos de dureza de plásticos y elastómeros expresados en diferentes escalas (por ejemplo: Shore A, Shore D, Rockwell) lo que en ocasiones dificulta la comparación rápida entre dos materiales. En la figura 1.18 se muestra de modo gráfico la relación que existe entre las escalas de dureza mencionadas, los rangos en los que se encuentran los plásticos y elastómeros y los valores típicos de dureza de varios materiales comunes (Swallowe 2013).

Figura 1.26

Figura 1.26. Comportamiento en términos de la dureza que presentan distintos polímeros (hules, poliuretanos y plásticos)