Presentación para el 40º Congreso de Investigación y Desarrollo del Tec de Monterrey, 2010. Se muestra un completo ensayo de materiales denominado "scratch-test", que para los polímeros es relativamente nuevo y permite conocer la resistencia al rayado y al rasgado de los materiales.

1. Ensayo de rayado de
los componentes plásticos bicapa
rígido-flexibles usados en el
diseño de electrodomésticos y
herramientas tipo “soft-touch”
Alberto Rosa Sierra, Dr.1
Francisco J. González Madariaga, Dr.2
Revista del Doctorado Interinstitucional en
Arquitectura, Diseño y Urbanismo (DADU)
1 LDI, ITESM Campus Guadalajara
2 Cuerpo Académico 381_Innovación tecnológica para el diseño
Universidad de Guadalajara

2. Introducción
Los materiales plásticos son relativamente blandos superficialmente o
presentan poca dureza superficial, por lo que pueden ser fácilmente rayados.
Las rayaduras en las superficie de
las piezas de plástico reducen la
estética de las mismas, además
de actuar como concentrador de
tensiones, lo que puede inducir a
fallas prematuras en dichas
piezas.
Para conocer la resistencia al
rayado se ha desarrollado el
denominado scratch test, o ensayo
de rayado.

3. adhesión que presenta las muestras de placas realizadas en
compresión cuyo valor se encuentra ligeramente por encima
de las realizadas por inyección. Este alto nivel se debe a que
durante la sobreinyección, la fuerza ejercida por el TPU sobre
Materiales
el MABS es lateral, ya que así es el flujo de inyección del
material, mientras que en la compresión la fuerza que ejerce el
TPU sobre el MABS es transversal, siendo ésta última disposición
más efectiva. (Figura 4.36)
a b
El material seleccionado para fungir como
sustrato es un copolímero MABS
(Metilmetacrilato-Acrilonitrilo-Butadieno-
Estireno), denominación comercial Terlux 812
TR de BASF. Como recubrimiento elastomérico
se ha empleado un TPU denominación
comercial Pearlthane D15N70.
Para la obtención de Figura 4.36 Diferencia en la aplicación de la presión de sobreinyección (a) vs.
probetas se inyectaron
presión de compresión (b).
placas de 10x10 cms de 2mm de espesor,
sobre-inyectando el TPU de temperaturas espesor. rugosidades iguales, las
Siendo las 1mm de de proceso y
diferencias se encontraron en los tiempos de contacto y
presiones aplicadas. En un caso el tiempo de contacto es muy
corto (>0.5 seg) mientras la presión es muy elevada. Esto nos
lleva a pensar que el valor de adhesión alcanzado es el máximo
que puede conseguirse con estos materiales en las condiciones
descritas, hecho que se corrobora por el carácter de fractura de
adhesión que es del tipo cohesiva.

4. 2.5.1 Principio en el que se basa el ensayo
El ensayo de rayado consiste en la aplicación de una carga sobre
la superficie de un determinado material. (Figura 2.15) Esto es
logrado presionando una punta de un material muy duro sobre
Descripción del ensayo la superficie del material a ensayar. Al tiempo que la muestra
es desplazada a una velocidad constante, las tensiones
resultantes en la interfase causan marcas y escoriaciones en el
recubrimiento. El punto de inicio de fractura se denomina carga
crítica (Lc). A partir del análisis de las marcas dejadas por el
indentador y de la fuerza aplicada, es posible conocer
propiedades y características del material ensayado como: el
El ensayo de rayado consiste en la aplicación deelástico, la tensión a la cedencia o el coeficiente de
módulo una carga sobre la superficie
de un determinado material. fricción.
Carga normal FN
Al tiempo que la muestra es desplazada a Sensor de penetración
una velocidad constante, las tensiones Soporte del
indentador
Detector de emisión
acústica
resultantes en la interfase causan marcas
y escoriaciones en el recubrimiento.
Rayado tangencial FT
El punto de inicio de fractura se denomina
carga crítica (Lc). A partir del análisis de
las marcas dejadas por el indentador y de
la fuerza aplicada, es posible conocer
propiedades y características del material
ensayado como: el módulo elástico, la Movimiento de la
muestra (dx/dt)
tensión a la cedencia o el coeficiente de
fricción. Figura 2.15 Representación esquemática de un ensayo de scratch
El método de rayado y otros tipos de ensayos para conocer la

5. Respuesta dúctil
Excedente de material a
ambos lados del rayado
“Proa” de material al
frente del indentador
MABS/ABS
TPU
Respuesta elastomérica
Formación de crestas debido
al flujo visco-elástico
TPU
MABS
Marcas de rayado intermitente Adelgazamiento elástico y
en la dirección del rayado fluidez del material debido a la
fuerza del indentador

6. MABS
Huella del ensayo de carga progresiva
sobre el MABS
(Placa de inyección), con los
característicos bordes bien definidos.
La flecha indica la dirección del ensayo.
Figura 4.73 Huella del ensayo de carga progresiva sobre el MABS (Placa de

7. del ensayo.
MABS
Huella del ensayo de carga progresiva sobre el MABS
Figura 4.74 Huella del ensayo de carga progresiva sobre el MABS (Líneacon proa al frente del indentador.
(Línea de extrusión), de
extrusión), con proa al frente del indentador.
185

8. TPU
50 µm
Huella del ensayo de rayado sobre el del ensayo de rayado sobre el TPU con MABS de base (dirección
Figura 4.78 Huella TPU con MABS de base (dirección del
ensayo en sentido transversal al flujo de transversal al flujo de extrusión, TD), se pueden apreciar
del ensayo en sentido extrusión, TD), se pueden apreciar
claramente las características olas en dirección del ensayo. La flecha señala la
claramente las características olasensayo.
dirección del en dirección del ensayo. La flecha señala
la dirección del ensayo.

9. TPU
Huella del ensayo de rayado sobre el TPU
con ABS de base (dirección del ensayo en
sentido longitudinal al flujo de extrusión,
MD), mostrando las olas en la dirección del
ensayo.
Figura 4.79 Huella del ensayo de rayado sobre el TPU con ABS de base (dirección

10. Curvas de profundidad residual
Profundidad
MABS
TPU
F max (N)

11. Resultados y discusión
Recuperación de la profundidad de penetración durante el ensayo de carga
progresiva para los componentes de las estructuras bicapa.

12. Resultados y discusión
100
95
profundidad de penetración (%)
90
Recuperación de la
85
80
75
70
65
60
PE PE
T PE PP ,6
AB
S B S
TP
U
LD HD lon6 MA
Ny
Valores de recuperación de la penetración en unaen una variedad de polímeros
Figura 4.83 Valores de recuperación de la penetración variedad de
semi-cristalinos estudiados previamente y comparativa con los materiales
polímeros semi-cristalinos estudiados previamente y comparativa
empleados en las estructuras bicapa. (FN=15N). [Xiang, 2000]
con los materiales empleados en las estructuras bicapa.
(FN=15N). [Xiang, 2000]
Cálculo de la dureza de rayado (Scratch hardness)

13. MABS
596.44µm
85.53µm
Corte transversal en SEM de la huella de indentación, con las medidas
utilizadas para el cálculo de Hs. Indentador esférico, carga 60N.

14. TPU
MABS
Corte transversal de la huella de ensayo de rayado de carga
progesiva sobre el TPU sobre ABS, indentador esférico,
carga 0-70N. La flecha indica la dirección del rayado.

15. Cálculo de la dureza de rayado
MABS Hs= 215 MPa
ABS Hs= 210 MPa

16. Conclusiones
Como se pudo comprobar la adhesión lograda en el sistema bicapa es bastante
buena, ya que, aún en cargas elevadas (>60N) no se observa desprendimiento del
recubrimiento.
Por otra parte el TPU elegido presenta una buena
respuesta a recuperación residual, por lo que, su
aplicación como estructura bicapa en un producto nos
permitirá una suavidad cómoda al agarre gracias a su
dureza (Shore 72A), a la vez que resistiría fácilmente
rayaduras y desgarros.
Como diseñadores y desarrolladores de productos
debemos explorar todas las posibilidades de aplicación y
desempeño de los materiales en los diferentes objetos
cotidianos. El uso de estructuras bicapa puede hacer de la
experiencia de uso de un objeto cotidiano, algo placentero,
seguro y cómodo.