Deformaciones Permanentes en Compresión

Deformaciones Permanentes en Compresión

Vimos, cuando platicamos de la resiliencia, que la recuperación del caucho después de una deformación puede que no sea total, puede que se quede una deformación residual. Esta característica del caucho depende, fundamentalmente, de su composición y de su estado de vulcanización. Hay inúmeras aplicaciones de artefactos de caucho en las cuales esta característica es determinante para su bueno desempeño, es el caso de los materiales de empaque, como los sellos y juntas tóricas. Recordar el trágico accidente con la lanzadera espacial Challenger, que ocurrió en el momento de su despegue en 28 de enero de 1986, y en lo cual fallecieron los siete tripulantes. La comisión de investigación a las causas del accidente concluyó que la falla técnica fue provocada por:

Estas conclusiones ilustran dos fallas dramáticas. Por un lado, una falla con origen en una respuesta dinámica lenta, a baja temperatura, falla que tiene que ver con una recuperación lenta de las juntas tóricas a las deformaciones a la que estaban sujetos, en condiciones de temperaturas extremadamente bajas. Esta característica está asociada, de muy cerca, a la deformación permanente por compresión.

Por otro lado, enseña la necesidad de que los diseñadores involucrados en un proyecto, de varios componentes, articulen totalmente sus puntos de vista. En realidad, las cavidades de alojamiento de las juntas tóricas no estaban bien proyectadas para las juntas tóricas utilizadas, o, en otro punto de vista, estas no estarían bien proyectadas para las cavidades. En resumen: los aspectos de concepción dimensional y de especificación de material estuvieron en el origen de tan gravoso accidente.

La determinación de la deformación permanente en compresión se puede hacer por dos métodos: con deformación constante y con fuerza constante.

La determinación de la deformación permanente a deformación constante, a determinada temperatura, se hace con aparatos muy sencillos, con muestras de configuración cilíndrica y con el auxilio de anillos o barras espaciadoras, que limitan el valor de compresión.

La Figura 54 enseña uno de esos aparatos, el cual es constituido por dos placas robustas (podían ser tres) y por cuatro tornillos. La existencia de tres placas permite la creación de dos pisos para prueba. Los tornillos, cuando apretados, comprimen las muestras de prueba, con una compresión que es limitada por los ya mencionados anillos o barras espaciadoras, de espesor “A”.

Fig. 54 – Aparato para determinación de la deformación permanente, en compresión. Cortesía de la empresa Gibitre Instruments, Italia

Las muestras de prueba tienen las dimensiones de 39 mm de diámetro y 12.5 mm de alto o 13 mm de diámetro y 6.3 mm de alto. Como la compresión es de 25%, las barras espaciadoras tienen, respectivamente, 9.375 mm y 4.725 mm de espesor.

El conjunto es entonces colocado en una estufa de laboratorio normalizada, la cual debe estar a la temperatura elegida para la prueba, durante el período de tiempo indicado en el estándar (ver Tabla 12).

Al final de la prueba, las muestras se retiran del aparato y permanecen en enfriamiento y recuperación por 30 minutos. Al fin de ese tiempo, se mide su espesor y se calcula la deformación permanente:

La determinación de la deformación permanente en compresión a fuerza constante y a una determinada temperatura se hace en aparatos también muy sencillos, con muestras de configuración cilíndrica, con las dimensiones alternativas de 29 mm de diámetro y 12.9 mm de alto o 13 mm de diámetro y 6,0 mm de alto.

Una fuerza de compresión constante, de 1.8 kN (400 lbf) se aplica a la muestra, durante el período de tiempo y temperatura especificados.

La Figura 55 muestra un esquema de estos aparatos, el cual es constituido por cuatro placas robustas (son placas circulares), conectadas por tres tornillos. En el espacio entre placas intermedias se coloca la muestra de prueba, en una de estas platinas actúa un resorte que hace la fuerza antes mencionada de 1.8 kN.

 Fig. 55 – Aparato para determinación de la deformación permanente en compresión, a tensión constante

El conjunto se lleva a una estufa de laboratorio normalizada, la cual se debe encontrar a la temperatura indicada para la prueba, a lo largo del período de tiempo indicado en la Tabla 12). La deformación se calcula por la disminución del espesor, en porcentaje del espesor inicial de la muestra, después de que este recupere, al final de la prueba, por 30 minutos, así como lo vimos en la prueba anterior.

Al final de este tiempo, se mide el espesor y se calcula la deformación permanente:

La deformación residual en compresión es, quizás, una de las características técnicas exigidas con mayor frecuencia. Aunque su valor dependa del polímero base, depende también, en grande medida, de la constitución del compuesto y muy particularmente del sistema y del estado de la vulcanización. Para que tengan una idea de lo que son valores corrientes y valores más críticos de obtención de deformación residual por compresión, en una prueba de 22 horas a 70 °C, se puede decir que para NR, SBR, NBR y EPDM obtener 25% es un valor común y 15 % un valor crítico; para CR, 35% es un valor corriente y 20% es un valor crítico. Para Q (VMQ o FMQ), 15% va a ser un valor común y 7% un valor crítico.

Normas aplicables: ISO 815-1, ISO 815-2, ISO 2285, ASTM D395, ASTM D412 y ASTM D1229 (ver Anexo A).