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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/772| Piezorresistividad y Termorresistividad en Prototipos Obtenidos por Impresión 3D a base de Polietileno y Nanotubos de Carbono | |
| LUIS FERNANDO GONZALEZ SANCHEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Maestría en tecnología de polímeros | |
| En este trabajo se sintetizaron nanocompuestos de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y
nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT), para la obtención de polietilenos lineales
flexibles útiles para impresión en 3D. La adición de los MWCNT a la matriz de LLDPE se llevó a
cabo mediante la técnica de copolimerización por coordinación in situ de etileno y 1-octeno,
utilizando un catalizador metaloceno activado con MMAO (MMAO/nBuCp2ZrCl2/MMAO). Se
utilizó 1-octeno como comonómero, el cual se incorporó en porcentajes molares entre 1 y 2 % mol
en la matriz de polietileno. La incorporación de los MWCNT en la matriz de LLDPE se obtuvo a
diferentes concentraciones desde 0.95 % hasta 4.2 % en peso, y los nanocompuestos obtenidos
fueron caracterizados por las técnicas de RMN, GPC, DSC, TGA, DRX y SEM. Mediante RMN
de
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C en modo inverse gate se comprobó la incorporación de comonómero en los copolímeros, la
cual alcanzó hasta un 2 % mol en lotes de ~100 g. Los pesos moleculares y su dispersidad
determinados por GPC, mostraron valores característicos de polimerizaciones con metalocenos.
La actividad catalítica del sistema metaloceno/MMAO se vio afectada a concentraciones teóricas
de MWCNT mayores al 2 % en peso, disminuyendo hasta un 30 % con respecto a la actividad
catalítica de las copolimerizaciones de referencia (sin nanopartículas). Aún a bajas incorporaciones
(0.95 – 4.2 % en peso) de MWCNT, los nanocompuestos mostraron cambios en sus fases
cristalinas lamelares, atribuidas al efecto nucleante de los MWCNT de acuerdo a su caracterización
por DSC, y una disminución en la cristalinidad del 20 %, con respecto al grado de cristalinidad de
los materiales de referencia determinado mediante DRX. El material se procesó como filamentos
de 1.7 mm de diámetro, en un sistema de extrusión monohusillo equipado con dispositivos de
enfriamiento y embobinado, y mediante impresión 3D por FFF se imprimieron especímenes para
ensayos de DMA, conductividad eléctrica, termorresistividad y piezorresistividad a tensión
monotónica. En el proceso de impresión aditiva capa por capa, se establecieron diferentes ángulos
de impresión (0, 15, 30, 45, 60 y 90°) para medir las propiedades eléctricas de los nanocompuestos
en función de la variación controlada de la orientación del patrón de relleno rectilíneo, con la
finalidad de obtener materiales compuestos con propiedades mecánicas, piezorresistivas y
termorresistivas modulables.
Los prototipos de MWCNT/LLDPE impresos en 3D mostraron un comportamiento estructural y eléctrico complejo. Mediante SEM se observó la orientación preferencial de los MWCNT en relación con la dirección de impresión. Sin embargo, la conductividad de los nanocompuestos no se vio significativamente afectada por la orientación del patrón de relleno, sugiriendo que, una vez alcanzado el umbral de percolación, la conductividad depende principalmente del contacto entre los nanotubos adyacentes. Los ensayos de DMA revelan que la incorporación de MWCNTs mejora la rigidez térmica y la estabilidad dimensional de los materiales, siendo más notoria esta mejora cuando la orientación del patrón de relleno está alineada con la dirección de carga. Además, los resultados de los ensayos de tensión cuasiestática destacan un aumento en las propiedades mecánicas, como el módulo elástico y la resistencia a la fluencia, gracias al refuerzo nanométrico de los MWCNTs. En cuanto a los ensayos piezorresistivos, los prototipos mostraron una alta sensibilidad a la deformación, con factores de galga superiores a 150, lo que los hace competitivos frente a sensores comerciales. Finalmente, los ensayos de termorresistividad mostraron que la densidad de relleno influye en la histéresis, la sensibilidad y la reproducibilidad de los sensores, con una mejor respuesta a menor densidad de relleno, lo que resalta la importancia de optimizar los parámetros de fabricación para mejorar el rendimiento de los sensores térmicos y piezorresistivos. Los resultados mostraron que los nanocompuestos de MWCNT/LLDPE presentaron mejores propiedades mecánicas que el material de referencia (LLDPE) y también que la polimerización in situ, con sus ventajas en términos de dispersión y control de la morfología, se presenta como una estrategia prometedora para el desarrollo de sensores termorresistivos y piezorresistivos de alto valor agregado basados en nanocompuestos poliméricos de MWCNT/LLDPE. | |
| 2024 | |
| Tesis de maestría | |
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| QUÍMICA | |
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