Resistencia a la Fatiga por Flexión

Resistencia a la Fatiga por Flexión

Muchos artefactos de caucho, cuando están en servicio, están sujetos a acciones repetidas, con mayor o menor frecuencia. El artefacto puede fallar por fatiga, después de haber sido solicitados por un cierto número de ciclos. La evaluación de la resistencia a la fatiga se efectúa en distintos tipos de aparatos. Uno de los más conocidos es la máquina De Mattia, que tiene el nombre de su inventor (Figura 57).

Fig. 57 – Flexómetro tipo De Mattia

Cortesía de la empresa Gibitre Instruments, Italia

En las pruebas la resistencia de flexión es variable, entre las 60 y 300 flexiones por minuto, la amplitud es variable entre o y 60 mm. El número de muestras en cada prueba es variable, pero ciertas máquinas pueden probar hasta 20 muestras a la vez.

La Figura 58 enseña una muestra de prueba y en molde de 4 cavidades para su preparación. Las muestras tienen las dimensiones de 6 x 1 x ¼”, y tienen una parte mediana de una de sus caras mayores, una muesca en medialuna con 0,094” de radio. Es esta muesca que se concentran las tensiones de flexión. En esta muesca se puede también hacer una incisión y, en esta situación, la finalidad es probar como progresa su crecimiento (cut growth) en función del número de ciclos. Por lo general, en muestras sin incisión, se determina el número de ciclos hasta que se presente la primera grieta e/o el número de ciclos hasta la destrucción de la muestra.

Normas aplicables: ISO 132, ISO 133, ASTM D430 y ASTM D813 (ver Anexo A).

Fig. 58 – Molde para la preparación de las muestras para la prueba de fatiga De Mattia. Cortesía de Gibitre Instruments, Italia

Cuando platicamos de la propiedad resiliencia hemos dicho que, como resultado de las perdidas por histéresis, al caucho almacena energía bajo la forma de calor, de lo cual resulta la elevación de su temperatura. En una prueba de repetidas flexiones, la temperatura de la muestra sube y va a ser tanto más elevada cuanto mayor sea la histéresis del caucho.

El flexómetro a la compresión (Normas ISO 4666-3, DIN 53533-3 y ASTM D623, Ver Anexo A) ocupa muestras cilíndricas, con 17.8 mm de diámetro y 25 mm de alto. El plato inferior tiene un movimiento excéntrico de amplitud ajustable (amplitud doble de 4.45, 5.71 o 6.35 mm), con una frecuencia de 30 Hz. La tensión de compresión es de 1 o 2 MPa. La elevación de temperatura es medida en la base de la muestra. La resistencia a la fatiga se exprime por el número de ciclos necesarios hasta la destrucción de la muestra.

El flexómetro a la compresión más conocido en el flexómetro Goodrich, el cual se puede ver en la Figura 59. En el flexómetro Goodrich la muestra se somete a una tensión de compresión, de corte (por torción) o combinación de las dos.

Fig. 59 – Flexómetro Goodrich.

Cortesía de la empresa DOLI Elektronic, GmBH, Alemania

En la prueba en el flexómetro rotativo (Norma ISO 4666-2, ver Anexo A), la muestra tiene la forma de un cilindro, en lo cual el diámetro es igual a su altura (ø20 x 20 mm). Esta muestra actúa entre las dos platinas paralelas como un embrague (cloche). Una de las platinas es fija y la otra puede hacer movimientos axiales, para producir tensiones de compresión, o movimientos transversales, para producir tensiones de corte. La frecuencia de rotación del conjunto es de 14.6 o 30 Hz. Los movimientos y fuerzas (axiales y transversales) se pueden medir, así como la subida de temperatura, medida en el centro de la muestra, con el auxilio de un termopar. Es medida la elevación de temperatura observada después de 20 minutos de prueba o la temperatura de equilibro (si esta se verifica). Se deben seleccionar condiciones de prueba de manera a que la falla de la muestra ocurra dentro de un período de 30 minutos. La falla es indicada por la variación de la fuerza transversal o por movimientos transversales. En la Figura 60 se puede ver un flexómetro rotativo.

Figura 60 – Flexómetro Rotativo. Cortesía de la empresa DOLI Elektronic, GmbH, Alemania

Un otro tipo de flexómetro determina la resistencia del caucho vulcanizado al crecimiento de grietas, cuando las muestras son sometidas a repetidas flexiones. Es un método muy utilizado en la Industria del Calzado. Es el llamado flexómetro Ross, que se puede ver en la Figura 61. Las pruebas con este equipo se hacen en conformidad con la Norma ASTM D1502-09 (Ver Anexo A).

Fig. 61– Flexómetro Ross. Cortesía de la empresa Qualitest International, Inc. USA