A4 Absorción de Humedad y Envejecimiento Ambiental

Tópico

Cuando este compuesto de matriz polimérica queda expuesto al ambiente, esa exposición produce que la humedad del ambiente se difunda hacia el interior de la matriz polimérica siguiendo una difusión fickiana: la humedad avanza desde la superficie del compuesto hacia su interior, describiendo un perfil de concentración que evoluciona en el espacio y en el tiempo de la misma manera general en que lo hace cualquier proceso difusivo gobernado por un gradiente de concentración. Que la exposición ambiental de este compuesto continúe hace que la humedad siga difundiéndose hacia el interior de la matriz.

Esa difusión de humedad hacia la matriz no continúa, sin embargo, de manera indefinida: con el tiempo, la matriz alcanza un contenido de humedad de saturación, que describe la isoterma de Henry. Que la humedad relativa del ambiente que rodea al compuesto sea mayor hace que ese contenido de humedad de saturación sea, según esta misma isoterma, proporcionalmente mayor; que la humedad relativa del ambiente sea menor, hace que ese contenido de saturación sea proporcionalmente menor.

Que la matriz polimérica absorba esa humedad, hasta acercarse a su contenido de saturación, hace que la humedad plastifique la matriz: las moléculas de agua se alojan entre las cadenas del polímero, y al hacerlo aumentan el espacio libre entre esas cadenas y facilitan que se deslicen unas sobre otras, tal como lo haría un plastificante añadido deliberadamente al polímero. Que la matriz quede plastificada de esta manera hace que su temperatura de transición vítrea se reduzca: cuanto mayor es el contenido de humedad absorbido, más baja es la temperatura a la que la matriz pasa de comportarse como un sólido rígido a comportarse como un material blando.

Esa misma absorción de humedad, además de plastificar la matriz, genera un esfuerzo higroscópico dentro del compuesto: la matriz se hincha localmente a medida que absorbe humedad, de manera análoga a como se dilataría por efecto de la temperatura, pero aquí impulsada por la concentración de humedad en lugar de por un gradiente térmico. Que esa hinchazón higroscópica de la matriz quede restringida por las fibras del compuesto, que no absorben humedad ni se hinchan de la misma manera, hace que se genere un esfuerzo higroscópico interno, análogo al esfuerzo térmico que produciría un gradiente de temperatura en lugar de un gradiente de humedad.

Por eso este modelo, con la difusión fickiana de humedad hacia la matriz polimérica con la que se abrió, describe una anomalía exclusiva de los compuestos de matriz polimérica: que la matriz de un compuesto de matriz metálica o de un compuesto de matriz cerámica no absorba humedad de la misma manera que una matriz polimérica hace que ni la plastificación de la matriz, ni la reducción de la temperatura de transición vítrea, ni el esfuerzo higroscópico que describe este modelo tengan lugar en esos otros dos tipos de compuesto.

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