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Tipo: Apuntes
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- Índice acrónimos - Índice figuras - Índice tablas - Objetivo Índice figuras
Figura 1.1. Esquema de los constituyentes de los materiales compuestos analizados en este TFG.
Figura 1.2. Electrodomésticos compuestos por PPi (lavadora, altavoz...)
Figura 1.3. Representación del polipropileno.
Figura 1.4. Estructura del monómero de propileno.
Figura 1.5. Polipropileno atáctico.
Figura 1.6. Polipropileno isotáctico.
Figura 1.7. Polipropileno sindiotáctico.
Figura 1.8. Formas alotrópicas del PP. (a) Fase α, (b) Fase β y (c) Fase γ.
Figura 1.9. Fórmula química del carbonato cálcico.
Figura 1.10. Representación del ácido esteárico CH 3 (CH 2 ) 16 COOH.
Figura 2.1. Logo de la empresa suministradora del material.
Figura 2.2. Placas de muestras suministradas por LyondellBasell.
Figura 2.3. Imagen de microscopio electrónico de barrido, JEOL MODELO: JSM6300, empleado.
Figura 2.4. Resultado de la interacción del haz de electrones con la muestra.
Figura 2.5. Efectos básicos de los electrones al chocar con la materia. El electrón retrodispersado es aquel que cambia su trayectoria al atravesar un átomo, mientras que el electrón secundario es aquel que surge del átomo al colisionar con él un electrón primario, que a su vez es retrodispersado.
Figura 2.6. Esquema simplificado del modo de funcionamiento del microscopio de barrido electrónico (SEM).
Figura 2.7. Portas de cobre que sirven de soporte de las muestras para análisis mediante SEM.
Figura 2.8. (a) Imagen del metalizador empleado para sombrear las muestras con oro (LEICA MICROSYSTEMS:BAL-TEC SCD-005)y (b) esquema simplificado proceso de metalización.
Figura 2.9. Esquema funcionamiento DSC.
Figura 3.8. Módulo de almacenamiento de la muestra de PPi sin refuerzo a diferentes temperaturas características acondicionada 20/40 días en (a) agua y (b) solución jabonosa.
Figura 3.9. Módulo de almacenamiento de la muestra de PPi con un 40% de CaCO 3 a diferentes temperaturas características acondicionada en agua/detergente durante (a) 20 y (b) 40 días.
Figura 3.10. Módulo de almacenamiento de la muestra de PPi con un 40% de CaCO 3 a diferentes temperaturas características acondicionada 20/40 días en (a) agua y (b) solución jabonosa.
Figura 3.11. Módulo de almacenamiento de la muestra de PPi y PPi con un 40% de CaCO 3 a 25ºC y 75ºC acondicionada 20/40 días en agua y solución jabonosa.
Objetivo
El objetivo de nuestro estudio es establecer la relación existente entre la estructura, composición y las propiedades de una matriz polimérica de polipropileno de alto impacto con y sin refuerzo, para la elección del material más adecuado de cara a su utilización en aplicaciones del sector de electrodomésticos.
La modificación analizada consiste en la adición de carbonato de calcio como material de refuerzo a la matriz polimérica de polipropileno con el propósito de dotar al material de unas propiedades que sin refuerzo de carbonato cálcico no poseería o serían inferiores. Las propiedades que se quieren analizar son comportamiento térmico y mecánico de las muestras sin/con refuerzo y de las muestras sometidas a diferentes tipos de acondicionamiento. Se trata de discernir si un determinado material es lo suficientemente resistente en diferentes condiciones para un uso concreto.
1. Introducción. Antecedentes, estado del arte
La mayor parte de los materiales en ingeniería son combinaciones de dos o más fases dispersas a escala microscópica para obtener propiedades óptimas. Así, la resistencia y la dureza de las aleaciones metálicas y los “ plásticos ingenieriles ” se consigue combinando fases de gran resistencia con fases dúctiles y tenaces. Por ejemplo, el acero galvanizado que es acero recubierto de una fina capa de cinc, combina la resistencia a la corrosión del cinc con la resistencia del acero. Las hélices de los helicópteros combinan el material estructural para dar resistencia y rigidez, con materiales resistentes a la corrosión para proteger el borde de ataque de cualquier daño.
Estos materiales, resultado de la combinación de varios componentes, reciben la denominación de materiales compuestos o composites. En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos constituidos por la unión de dos o más materiales con la finalidad de conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales.
En todo material compuesto se distinguen dos componentes básicos:
(i) la MATRIZ, que es el componente que se presenta en fase continua, actuando como ligante. Constituye el cuerpo, sirviendo para encerrar el composite y darle su forma exterior. (ii) el REFUERZO, que es el componente que se presenta en fase discontinua, es el elemento resistente. Estos refuerzos, que son los constituyentes estructurales, se pueden presentar bajo diferentes formas: fibras, partículas, láminas, escamas y rellenos.
Quizás, el composite más típico es aquel que consiste en un constituyente estructural embebido en una matriz. Sin embargo, generalmente, aunque no siempre, además se añaden fases aditivas de diferente naturaleza (aditivos protectores y modificadores).
FUNCION DE LA MATRIZ EN COMPOSITES
[1] Mantiene la fase refuerzo-estructural en su lugar
[2] Recubre el refuerzo y actúa como medio por el cual se transmite y distribuye una tensión aplicada al constituyente estructural. Por lo tanto, debe de tratarse de un material dúctil Ef>>>Em
[3] Protege el refuerzo, especialmente en el caso de fibras, del deterioro superficial como resultado de las interacciones con su entorno (abrasión mecánica y reacciones químicas). Estas interacciones pueden producir defectos capaces de formar grietas, las cuales suponen una reducción importante de los niveles de resistencia del composite.
[4] Sirve de barrera para la propagación de grietas.
[1] Debe de ser más rígido y resistente que la matriz polimérica en el cual se inserta. Presentan alta resistencia a la tensión.
[2] Debe de tener un correcto (a) tamaño, (b) forma, (c) orientación y (d) características superficiales (para un efectivo acoplamiento mecánico con la matriz).
[3] Debe permitir preservar las características deseables de la matriz polimérica en la cual se inserta.
Existen varios factores que afectan directamente a las propiedades finales de los materiales compuestos: (a) orientación, longitud, forma, composición y concentración del componente estructural; (b) propiedades mecánicas de la matriz y (c) conexión entre ambos constituyentes.
Este último punto es determinante de las propiedades finales del material compuesto. Una conexión fuerte se traduce en un composite con mejores propiedades mecánicas.
Debido a que los diferentes constituyentes se entremezclan o combinan, existe siempre una región denominada frontera que puede ser definida como la superficie de contacto entre los constituyentes. El análogo en materiales policristalinos, seria las fronteras entre los diferentes granos. En algunos casos, sin embargo la región frontera es una fase distinta denominada interfase. Cuando existe una interfase entonces tenemos dos fronteras diferentes, localizada cada una de ellas entre la interfase y el correspondiente constituyente.
Aunque al principio, el propósito de añadir refuerzos minerales al polímero era principalmente el abaratamiento de costes, actualmente los rellenos son usados para cumplir funciones específicas como incrementar la rigidez o mejorar la estabilidad dimensional. [Bartczak Z, Argon AS, Cohen RE, Weinber M. 1999, Toughnessmechanism in semicrystallinepolymerblends:II.High- densitypolyethylenetoughenedwithcalciumcarbonatefillerparticles , Polymer 40:2347- 2365.]
Los materiales compuestos de matriz de naturaleza polimérica son materiales tremendamente atractivos, extensamente empleados en diversos sectores ingenieriles por sus peculiares características, su facilidad de procesado, así como su ligereza frente a otros materiales empleados como matrices. Uno de los polímeros más extensamente empleados en el sector de automoción y electrodomésticos como matriz es el polipropileno. Es un polímero inerte, totalmente reciclable, su incineración no tiene ningún efecto contaminante y su tecnología de producción es de muy bajo impacto ambiental.
Como aditivos de refuerzo de polipropileno son ampliamente usados las fibras de vidrio, el talco y el carbonato cálcico.
El polipropileno de alto impacto (PPi) es utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Entre ellas son de destacar su uso como componentes de electrodomésticos y en el sector de automoción. Se obtiene adicionando al pol copolímero de etileno.
El polipropileno ( Figura 1.3) obtiene de la polimerización catalítica del propileno.
Figura 1.3.
El propileno es un hidrocarburo perteneciente a los alquenos, debido al doble enlace que posee. Entre sus características cabe destacar que es incoloro e inodoro. Se obtiene a través del petróleo por destilación a baja temperatura.
Por su mecanismo de polimer mientras que por su composición química es un polímero vinílico, en particular una poliolefina. Las poliolefinas son polímeros obtenidos mediante la polimerización de alquenos y como el propileno es una a
La polimerización del polipropileno se lleva a cabo a partir del monómero propileno que cuya estructura se recoge en la
Figura 1.
El PP homopolímero, obten una cadena principal de átomos de carbono entrelazados entre sí, de la cual cuelgan grupos metilo ( CH 3 - ). Dependiendo de la posición relativa de los grupos metilo se distinguen tres tipos de PP:
El polipropileno de alto impacto (PPi) es utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Entre ellas son de destacar su uso como componentes de electrodomésticos y en el sector de automoción. Se obtiene adicionando al polipropileno (PP), un elastómero o
Figura 1.3) es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización catalítica del propileno.
Figura 1.3. Representación del polipropileno.
propileno es un hidrocarburo perteneciente a los alquenos, debido al doble enlace que posee. Entre sus características cabe destacar que es incoloro e inodoro. Se obtiene a través del petróleo por destilación a baja temperatura.
Por su mecanismo de polimerización, el PP es un polímero de reacción en cadena mientras que por su composición química es un polímero vinílico, en particular una poliolefina. Las poliolefinas son polímeros obtenidos mediante la polimerización de alquenos y como el propileno es una alqueno, el PP es considerado como poliolefina.
La polimerización del polipropileno se lleva a cabo a partir del monómero propileno que cuya estructura se recoge en la Figura 1..
Figura 1.4. Estructura del monómero de propileno.
El PP homopolímero, obtenido de la polimerización de propileno puro, se compone de una cadena principal de átomos de carbono entrelazados entre sí, de la cual cuelgan ). Dependiendo de la posición relativa de los grupos metilo se distinguen tres tipos de PP:
El polipropileno de alto impacto (PPi) es utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Entre ellas son de destacar su uso como componentes de electrodomésticos y en el sector ipropileno (PP), un elastómero o
es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se
propileno es un hidrocarburo perteneciente a los alquenos, debido al doble enlace que posee. Entre sus características cabe destacar que es incoloro e inodoro. Se obtiene a
ización, el PP es un polímero de reacción en cadena mientras que por su composición química es un polímero vinílico, en particular una poliolefina. Las poliolefinas son polímeros obtenidos mediante la polimerización de lqueno, el PP es considerado como poliolefina.
La polimerización del polipropileno se lleva a cabo a partir del monómero propileno que
ido de la polimerización de propileno puro, se compone de una cadena principal de átomos de carbono entrelazados entre sí, de la cual cuelgan ). Dependiendo de la posición relativa de los grupos metilo se
La tacticidad de un polímero tiene un efecto determinante en las propiedades del mismo. Así, ligeras diferencias conformacionales da lugar a materiales con propiedades muy diferentes. De los tres tipos de PP, el PP isotáctico es el que suscita un mayor interés industrial con respecto a las configuraciones sindiotáctica y atáctica, debido a sus mejores propiedades mecánicas, que se derivan de una mayor cristalinidad. Además, el
PP atáctico: los grupos metilo se encuentran distribuidos de manera aleatoria a lo largo de la cadena del PP lo que da lugar a un polímero amorfo y por tanto, blando y pegajoso, cuyas aplicaciones son la modificación de asfaltos, impermeabilizaciones y ad
Figura 1.5. Polipropileno atáctico.
PP isotáctico: todos los grupos metilos están en el mismo lado de la cadena del PP favoreciendo el ordenamiento de las cadenas macromoleculares formando cristales. La presencia de fase cristalina es determinante de las propiedades mecánicas características de este material: tenacidad, resiliencia, rigidez, resistencia al impacto así como una alta
Figura 1.6. Polipropileno isotáctico.
PP sindiotáctico: los grupos metilo aparecen de manera alternada a ambos lados de la cadena. Debido a su peculiar estructura posee una menor cristalinidad que el PP isotáctico, por lo que tiene menor rigidez pero mayor resistencia al impacto y
Figura 1.7. Polipropileno sindiotáctico.
e un polímero tiene un efecto determinante en las propiedades del mismo. Así, ligeras diferencias conformacionales da lugar a materiales con propiedades muy diferentes. De los tres tipos de PP, el PP isotáctico es el que suscita un mayor interés con respecto a las configuraciones sindiotáctica y atáctica, debido a sus mejores propiedades mecánicas, que se derivan de una mayor cristalinidad. Además, el
PP atáctico: los grupos metilo se encuentran distribuidos de manera aleatoria a lo largo de la cadena del PP lo que da lugar a un polímero amorfo y por tanto, blando y pegajoso, cuyas aplicaciones son la modificación de asfaltos, impermeabilizaciones y adhesivos.
PP isotáctico: todos los grupos metilos están en el mismo lado de la cadena del PP favoreciendo el ordenamiento de las cadenas macromoleculares formando cristales. La ante de las propiedades mecánicas características de este material: tenacidad, resiliencia, rigidez, resistencia al impacto así como una alta
da a ambos lados de la cadena. Debido a su peculiar estructura posee una menor cristalinidad que el PP isotáctico, por lo que tiene menor rigidez pero mayor resistencia al impacto y
e un polímero tiene un efecto determinante en las propiedades del mismo. Así, ligeras diferencias conformacionales da lugar a materiales con propiedades muy diferentes. De los tres tipos de PP, el PP isotáctico es el que suscita un mayor interés con respecto a las configuraciones sindiotáctica y atáctica, debido a sus mejores propiedades mecánicas, que se derivan de una mayor cristalinidad. Además, el