ASTM D792: Medición de la densidad de plásticos y polímeros

La norma ASTM D792 describe un procedimiento preciso para determinar la densidad y el peso específico de un plástico mediante su flotabilidad en un líquido, normalmente agua. Aunque parece fácil, la prueba puede decir mucho sobre lo que ocurre en el interior del material, la homogeneidad e incluso la formulación.

Por qué son importantes la densidad y la gravedad específica

La densidad cuantifica cuánta masa cabe en un volumen específico, mientras que la gravedad específica es esa misma densidad expresada como una relación entre la densidad y la del agua a una temperatura estándar. Así pues, la densidad indica lo "pesado" que es un material para su tamaño, mientras que el peso específico ofrece una forma cómoda de comparar materiales sin tener que recurrir a las unidades.

En la fabricación y la ciencia de los materiales, estos números son algo más que valores abstractos en una hoja de datos: también son identificadores de la pureza, la calidad y el rendimiento del producto. Una densidad incorrecta en un polímero, por ejemplo, puede estar relacionada con vacíos, impurezas o mezclas erróneas de relleno. Para un ingeniero, esto puede significar variaciones en las propiedades térmicas, la rigidez o la resistencia.

El principio de la norma ASTM D792

La prueba ASTM D792 se basa en el principio de Arquímedes según el cual el objeto sumergido está sometido a una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado. Esta sencilla ley es la base de uno de los métodos más utilizados en los ensayos de materiales.

En la práctica, la prueba consiste en pesar una muestra sólida dos veces: una en el aire y otra sumergida en agua. Al restar una lectura de la otra, es posible calcular tanto la densidad como el peso específico. Las ecuaciones utilizadas son:

Gravedad específica (GE) = Wₐ/(Wₐ - Ww)

Densidad = SG × Densidad del agua a la temperatura de ensayo

donde (Wₐ) es el peso de la probeta en el aire, y (Ww) es su peso cuando está parcialmente sumergida en agua. A 23°C, la densidad del agua es de aproximadamente 0,9975 g/cm³, cifra utilizada en la mayoría de los ensayos, a menos que se especifique lo contrario.

Procedimientos de ensayo y variaciones

La norma ASTM D792 tiene varios procedimientos que varían de la A a la D para adaptarse a muestras de diferentes tipos. El procedimiento A se aplica a plásticos sólidos que son más pesados que el agua, mientras que el procedimiento B emplea un plomo de alambre cuando se ensayan muestras flotantes. Los procedimientos C y D se aplican a situaciones más complejas, como pellets pequeños, películas finas o polvos, que suelen emplear un picnómetro o una columna de gradiente de densidad en lugar de la inmersión directa.

El control de la temperatura es otra consideración primordial. Pequeñas variaciones de temperatura producirán un cambio bastante pequeño en la densidad del agua y de la muestra, por lo que los experimentos se realizan normalmente a 23 ± 2°C para proporcionar cierta consistencia.

Interpretación de los resultados de ASTM D792

Los valores de densidad y gravedad específica de la norma ASTM D792 pueden tener un rango muy amplio en función de la formulación, el tipo de material y el procesamiento. Por poner un par de ejemplos, el polietileno (PE) suele tener una densidad de entre 0,91 y 0,96 g/cm³, y el policarbonato (PC) es más denso, con aproximadamente 1,20 g/cm³. En el extremo superior, el PTFE (teflón) tendrá densidades superiores a 2,15 g/cm³, lo que corresponde a su estructura molecular de empaquetamiento cerrado.

Un cambio brusco en la densidad medida con respecto a los niveles de referencia establecidos puede ser indicativo de problemas de fabricación. Los valores muy bajos pueden indicar la existencia de vacíos internos o gas atrapado, y los valores altos pueden indicar un exceso de cargas o contaminantes. De ahí que la mayoría de los laboratorios de control de calidad utilicen la norma ASTM D792 como método de detección rápida para detectar cualquier anomalía antes de realizar pruebas a escala real.

Aplicaciones de la norma ASTM D792 en la industria

La información obtenida mediante las pruebas ASTM D792 no es sólo de interés académico. En la producción de polímeros, permite a los fabricantes verificar la consistencia de los lotes de resina y detectar desviaciones en la formulación. En las aplicaciones aeroespaciales y de automoción, el conocimiento de la densidad de los compuestos de polímero ayuda a verificar que las piezas cumplen las especificaciones precisas de peso y rendimiento. Incluso en la producción de dispositivos médicos, las mediciones precisas de la densidad ayudan a garantizar que los grados de polímero cumplen los requisitos de biocompatibilidad y durabilidad.

Densidades típicas de los materiales

Para poner estos valores en perspectiva, he aquí algunos valores representativos:

- Polietileno (PE): 0,91-0,96 g/cm³

- Policarbonato (PC): 1,19-1,22 g/cm³

- Nylon (PA): 1,13-1,15 g/cm³

- Politetrafluoroetileno (PTFE): 2,15-2,20 g/cm³

- Aluminio: 2,70 g/cm³

- Acero inoxidable: 7,90-8,05 g/cm³

- Tungsteno 19,25 g/cm³

Como muestran estos ejemplos, los plásticos y las aleaciones ligeras ocupan el extremo inferior de la escala de densidades, y los metales -especialmente los pesados, como el wolframio o el plomo- se sitúan en el extremo opuesto.

Valores típicos de densidad y gravedad específica (referencia ASTM D792)

Conclusión

La norma ASTM D792 es un método sencillo pero eficaz para determinar la densidad y el peso específico de los plásticos y otros materiales. Mucho más que un procedimiento estándar de laboratorio, es un recurso muy valioso para ingenieros, fabricantes e investigadores que necesitan saber cómo la estructura, la formulación y el procesamiento de un material afectan a su rendimiento final.