PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS

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Martín Cruz Carrizo
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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 X I V C U R S O D E I N

1 PROPIEDADES NANOMECÁNICAS EN POLÍMEROS P A T 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 X I 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 N E S T R U C T U R A D E L A M A T E R I A

2 ÍNDICE Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos. Definición y medida de las propiedades nanomecánicas Ejemplos

3 ÍNDICE Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos. Definición y medida de las propiedades nanomecánicas Ejemplos

4 MATERIALES COMPUESTOS MATRIZ POLIMÉRICA NANORREFUERZ O Elastómeros (SEBS) Carbonáceo Commodity (PP, PE) Inorgánico Altas Prestaciones (PEEK, PPS)

5 MATERIALES JERÁRQUICOS MATRIZ POLIMÉRICA NANORREFUERZO Elastómeros (SEBS) Carbonáceo Commodity (PP, PE) Inorgánico Altas Prestaciones (PEEK, PPS) FIBRAS DE CARBONO O VIDRIO Fibras de carbono o de vidrio Nanocompuesto grafeno-polímero

6 ÍNDICE Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos. Definición y medida de las propiedades nanomecánicas Microdureza Nanoindentación Ejemplos

7 Experimento de microdureza Indentación: Se basa en la resistencia que ofrece un material a la aplicación de una fuerza 20 µm

8 Experimento de microdureza Indentación: Se basa en la resistencia que ofrece un material a la aplicación de una fuerza P H A 20 µm

9 Tipos de puntas VICKERS: pirámide de 4 caras (base cuadrada). BERKOVICH: pirámide de 3 caras. FLAT PUNCH: CÓNICAS:

10 Ensayo de Microdureza Medidas in-situ, sin necesidad de modificar o adaptar la muestra. Poca cantidad de muestra.

11 Ensayo de Nanoindentación Gran resolución espacial. Diferenciar propiedades mecánicas de láminas delgada y recubrimientos. 10 Matriz polimérica Fibras de carbono Hardness, H [MPa] Displacement Into Surface, h [nm]

12 Ensayo de Nanoindentación Gran resolución espacial. Diferenciar propiedades mecánicas de láminas delgada y recubrimientos. Matriz polimérica Fibras de carbono Hardness, H [MPa] Displacement Into Surface, h [nm]

13 ÍNDICE Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos. Definición y medida de las propiedades nanomecánicas Microdureza Nanoindentación Ejemplos

14 EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN

15 EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN > P max LOAD DEPTH >

16 EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN > P max LOAD DEPTH h max >

17 EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN > P max LOAD DEPTH h max >

18 EXPERIMENTO DE NANOINDENTACIÓN Teoría de la elasticidad de Sneddon, 1965 P max > a Indentador rígido LOAD Cuerpo elástico DEPTH h max >

19 Nanoindentación Aplicado por primera vez a nanoindentación por Doerner y Nix (1986) e implementado por Oliver y Pharr (1992) P max Rigidez de contacto Área de contacto Load [mn] h max Displacement [nm]

20 Nanoindentación Cabezal 1: mayor carga (mn) Microscop io Plataforma: muestras Cabezal 2: alta precisión (µn)

21 ÍNDICE Propiedades mecánicas de los materiales poliméricos. Definición y medida de las propiedades nanomecánicas Ejemplos

22 Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibra de carbono Fibras de carbono 20 µm Matriz polimérica

23 Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono 20 E' [GPa] nm 70 GPa nm 0

24 Polipropileno reforzado con grafeno y laminado con fibras de carbono E' [GPa] h [nm]

25 Esferulitas de P(HBHV)

26 Esferulitas de P(HBHV) 120 indentaciones separadas por 1 µm a lo largo de la línea negra.

27 Esferulitas de P(HBHV) Las variaciones en las propiedades mecánicas a lo largo de la línea coinciden con la imagen óptica. Representación del módulo de almacenamiento para una penetración constante de 100 nm.

28 Esferulitas de P(HBHV) E' [GPa]

29 Esferulitas de P(HBHV) 5 µm 5 µm 5 µm

30 Esferulitas de P(HBHV) Las microscopías ópticas y de fuerzas atómicas coinciden con las variaciones de propiedades mecánicas. 5 µm 5 µm 5 µm

31 La técnica de nanoindentación permite: Determinar las propiedades mecánicas en un material y sus interfases. Mapear las propiedades mecánicas de sistemas nanoestructurados. Medir las propiedades mecánicas de películas delgadas, recubrimientos, inhomogeneidades a través del espesor de los materiales, etc.

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