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Nucleación de pet y nylon 6 con agentes inorganicos. Análisis del impacto en las propiedades fisicomecánicas como función de las condiciones de proceso durante el moldeo por inyección
DOLORES GABRIELA MARTINEZ VAZQUEZ
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
Doctorado en tecnología de polímeros
En este trabajo se estudiaron las propiedades fisicas de compuestos inorgánicos, su capacidad de nucleación en dos termoplásticos semicristalinos de ingeniería como el poli (etilen tereftalato) [PET] y la policaprolactama [Nylon 6], así como su impacto en las propiedades mecánicas de los productos y durante su procesamiento. Las propiedades estudiadas fueron la expansión térmica (Et), la capacidad calorífica (Cp), la conductividad térmica (Ct), y el área superficial, parámetro relacionado directamente con la energía libre de superficie. Lo anterior se efectuó a condiciones constantes de estructura cristalina de los compuestos. Después de analizar el potencial de aplicación de aproximadamente 120 compuestos químicos inorgánicos, se seleccionaron, de acuerdo al comportamiento teórico obtenido mediante correlaciones reportadas en la literatura, determinados compuestos con comportamiento variable en cada una de las propiedades térmicas de interés permaneciendo constantes las demás como función de la temperatura. De forma paralela, se evaluaron las propiedades en análisis de manera experimental con objeto de comparar resultados con las propiedades reportadas y por último se introdujo el compuesto en el polímero. El método más adecuado fue el uso de un reómetro de torque, para la elaboración de piezas de prueba mediante moldeo por compresión, y un extrusor de doble husillo, para probetas moldeadas por inyección. El análisis térmico indicó un efecto importante de nucleación debido al fenómeno de memoria de orientación en ambos polímeros, por lo que al tomar como referencia al polímero mezclado sin nucleante, se observó un efecto de nucleación relativamente bajo.
La caracterización de la actividad nucleante así como el efecto de la concentración de cada uno de los compuestos en el polímero se llevó a cabo por medio de la técnica de calorimetría de barrido diferencial (DSC). En casos específicos se determinó el grado de dispersión del nucleante por microscopía de luz polarizada (POM). El análisis mecánico de probetas moldeadas se realizó de acuerdo a lo especificado en las normas de la ASTM. Se analizaron muestras cristalizadas no isotérmicamente utilizando velocidades de enfriamiento súbito como la que se utiliza comúnmente durante el procesamiento de plásticos (260ºC/min) y se obtuvieron parámetros morfológicos por dispersión de rayos X en ángulos bajos (SAXS), así como el contenido de cristalinidad reportado en porcentaje mediante difracción de rayos X en ángulos altos (W AXD). Finalmente se determinó el efecto en la reducción del tiempo de ciclo durante el moldeo por inyección de PET y Nylon 6 nucleados, princ'ipalmente durante el enfriamiento de la pieza. Los resultados obtenidos indicaron que un nucleante inorgánico eficiente en el PET es aquel que tiene una mayor magnitud de expansión térmica y una baja velocidad de cambio de esta propiedad respecto de la temperatura. Este mismo efecto se observa con compuestos que poseen una baja conductividad térmica y una baja velocidad de cambio de la misma como función de la temperatura. En términos de la capacidad calorífica, los sustratos caracterizados por tener una capacidad calorífica baja y una velocidad de cambio alta se consideran buenos agentes de nucleación. Comportamientos contrarios se observaron en el Nylon 6 debido, por un lado, a la degradación térmica experimentada por el polímero y, por otro, a las interacciones químicas con ciertos sustratos ocasionando cambios en el peso molecular del polímero. En el análisis fisico-mecánico de probetas de PET se observó que compuestos con variabilidad en las diferentes propiedades térmicas: capacidad calorífica, conductividad térmica y expansión térmica mostraron un valor más alto de módulo de Y oung, dureza y HDT, así como menor resistencia al impacto. Este comportamiento se obtuvo en orden descendente respecto a las propiedad térmica (Cp > Ct > Et). En tanto que para el Nylon 6 los resultados de las propiedades mecánicas fueron los mismos pero para un orden inverso de las propiedades térmicas (Et > Ct > Cp ).
El estudio cuantitativo de la morfología del PET indicó que la presencia de agentes nucleante modifica el espesor !amelar cristalino. En tanto que para el Nylon 6 el espesor cristalino y el amorfo permanecen sin variación. Sin embargo, un agente nucleante efectivo incrementa la cristalinidad global tanto del PET como del Nylon 6, en el primer caso fue más evidente a bajas concentraciones mientras que en el segundo se requieren concentraciones más elevadas. Los resultados de tiempo de enfriamiento durante el procesamiento indicaron un considerable ahorro de tiempo mayormente en probetas de Nylon 6. Sin embargo en el PET se observó una reducción significativa del tiempo de ciclo.
2004
Tesis de maestría
QUÍMICA
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