PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS...2 4 Fibras de carbono Displacement Into Surface, h [nm] 0...
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PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROSPOLÍMEROS
PAT R I C I A E N R I Q U E J I M É N E Z
G R U P O D E P R O P I E D A D E S F Í S I C A S Y N A N O E S T R U C T U R A D E P O L Í M E R O S
D E P A R T A M E N T O D E F Í S I C A M A C R O M O L E C U L A R
Ó ÓX V C U R S O D E I N I C I A C I Ó N A L A I N V E S T I G A C I Ó N E NE S T R U C T U R A D E L A M A T E R I A
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ÍNDICEÍNDICE• Propiedades mecánicas de los materiales p
poliméricos.
• Definición y medida de las propiedades y p pnanomecánicas.
• Ejemplos.
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ÍNDICEÍNDICE• Propiedades mecánicas de los materiales p
poliméricos.
• Definición y medida de las propiedades y p pnanomecánicas.
• Ejemplos.
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MATERIALES COMPUESTOS
MATRIZ NANORREFUERMATRIZ POLIMÉRICA
NANORREFUERZO
Elastómeros C b á(SEBS) Carbonáceo
Commodity (PP, PE) Inorgánico
Altas Prestaciones (PEEK PPS)(PEEK, PPS)
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MATERIALES JERÁRQUICOS
MATRIZ POLIMÉRICA NANORREFUERZO
Elastómeros (SEBS) Carbonáceo(SEBS)
Commodity (PP, PE)
Carbonáceo
PE)
Altas Prestaciones
Inorgánico
Prestaciones (PEEK, PPS)
FIBRAS DE CARBONO O
Nanocompuesto grafeno‐polímeroFibras de carbono o de vidrio
CARBONO O VIDRIO
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ÍNDICEÍNDICE• Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos.p p
D fi i ió did d l i d d • Definición y medida de las propiedades nanomecánicas.• Microdureza• Nanoindentación
• Ejemplos• Ejemplos.
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Experimento de microdurezaExperimento de microdureza
Indentación: Se basa en la resistencia que ofrece un material a la aplicación de una fuerza.
20 µm
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Experimento de microdurezaExperimento de microdureza
Indentación: Se basa en la resistencia que ofrece un material
P
a la aplicación de una fuerza.
AP
H =A
20 µm
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Tipos de puntas
VICKERS: pirámide de 4 caras
Tipos de puntas
VICKERS: pirámide de 4 caras (base cuadrada).
BERKOVICH: pirámide de 3 caras.
FLAT PUNCH:
CÓNICAS:
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Ensayo de MicrodurezaEnsayo de Microdureza
Medidas “in-situ”, sin P tid d dnecesidad de
modificar o adaptar Poca cantidad de
muestra.la muestra.
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Ensayo de NanoindentaciónEnsayo de Nanoindentación
Gran resolución Diferenciar propiedadesGran resolución espacial.
Diferenciar propiedades mecánicas de láminas
delgada y recubrimientos.p
10
Matris,
H [M
Pa]
6
8Matriz polimérica
Har
dnes
s
2
4
Fibras de carbono
Displacement Into Surface, h [nm]
0 100 200 300 4000
carbono
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Ensayo de NanoindentaciónEnsayo de Nanoindentación
Gran resolución Diferenciar propiedadesGran resolución espacial.
Diferenciar propiedades mecánicas de láminas
delgada y recubrimientos.p
Matri10
Matriz polimérica
s, H
[MP
a]
6
8
Fibras de carbono
Har
dnes
s
2
4
carbono
Displacement Into Surface, h [nm]
0 100 200 300 4000
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ÍNDICEÍNDICE• Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos.p p
D fi i ió did d l i d d á i• Definición y medida de las propiedades nanomecánicas.• Microdureza• Nanoindentación
• Ejemplos.
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EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN
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>EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓNPmax
AD
LOA
>
DEPTH
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>EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓNPmax
AD
LOA
>
DEPTH hmax
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>EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓNPmax
AD
LOA
>
DEPTH hmax
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>EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓNPmaxTeoría de la elasticidad
de Sneddon, 1965
AD
Indentador
LOA
a
Indentador rígido
Cuerpo elástico
>
DEPTH hmax
elástico
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N i d t ióNanoindentación
Aplicado por primera vez ananoindentación por Doerner y Nix(1986) e implementado por Oliver yPharr (1992).
1.0
Rigidez de contacto
( )
N]
0.8
0
Pmax
Área de contacto
Load
[mN
0.4
0.6
0 100 200 300 400 5000.0
0.2
hmax
Displacement [nm]
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N i d t ióNanoindentación
Microscopio
Cabezal 1: mayor carga
(mN)( )
Plataforma:
Cabezal 2: alta precisión
(µN)Plataforma: muestras
(µN)
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ÍNDICEÍNDICE• Propiedades mecánicas de los materiales p
poliméricos.
• Definición y medida de las propiedades y p pnanomecánicas.
• Ejemplos.
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Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibra de carbono
Matriz polimérica
Fibras de
carbono
10 µm
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Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono
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Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono
40
]
30
E' [
GPa
]
20
10
h [nm]10 20 30 40 50 60 70 80
0
h [nm]
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Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono
40
]
30
E' [
GPa
]
20
10
h [nm]10 20 30 40 50 60 70 80
0
h [nm]
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Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono
40
]
30
E' [
GPa
]
20
10
h [nm]10 20 30 40 50 60 70 80
0
h [nm]
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Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
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Esferulitas de P(HBHV)120 indentaciones
Esferulitas de P(HBHV)
separadas por 1 µm a lo largo de la líneanegra.
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Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)Las variaciones en las
i d d á i lpropiedades mecánicas a lo largo de la línea coinciden
l i ó ticon la imagen óptica.
Representación del módulo demódulo de almacenamientopara unapara unapenetraciónconstante de 100constante de 100 nm.
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Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
E' [GPa]
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Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
E' [GPa]
![Page 32: PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS...2 4 Fibras de carbono Displacement Into Surface, h [nm] 0 100 200 300 400 0 Ensayo de Nanoindentación Gran resoluciónGran resolución Diferenciar](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062609/60f68b900884c3446b62878e/html5/thumbnails/32.jpg)
Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
E' [GPa]
![Page 33: PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS...2 4 Fibras de carbono Displacement Into Surface, h [nm] 0 100 200 300 400 0 Ensayo de Nanoindentación Gran resoluciónGran resolución Diferenciar](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062609/60f68b900884c3446b62878e/html5/thumbnails/33.jpg)
Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
5 µm
5 µm
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Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
5 µm
5 µm
5 µm
![Page 35: PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS...2 4 Fibras de carbono Displacement Into Surface, h [nm] 0 100 200 300 400 0 Ensayo de Nanoindentación Gran resoluciónGran resolución Diferenciar](https://reader035.fdocumento.com/reader035/viewer/2022062609/60f68b900884c3446b62878e/html5/thumbnails/35.jpg)
Esferulitas de P(HBHV)Esferulitas de P(HBHV)
Las microscopías ópticas y de fuerzas atómicas coinciden con las
5 µm
variaciones de propiedadesmecánicas.
5 µm
5 µm
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La técnica de nanoindentación permite:Determinar las propiedades mecánicas en unmaterial y sus interfases.yMapear las propiedades mecánicas desistemas nanoestructuradossistemas nanoestructurados.Medir las propiedades mecánicas de películasdelgadas, recubrimientos, inhomogeneidadesa través del espesor de los materiales, etc.p ,