Principios del procesado de los polímeros. Procesados de polímeros Introducción La tecnología de la transformación o procesado de polímeros tiene como finalidad obtener objetos y piezas de formas predeterminadas y estables, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las que están destinados. Una de las características más destacadas de los materiales plásticos es la gran facilidad y economía con la que pueden ser procesados a partir de unas materias primas convenientemente preparadas, a las que se les han añadido los pigmentos, cargas y aditivos necesarios para cada aplicación. En algunos casos pueden producirse artículos semiacabados como planchas y barras y posteriormente obtener la forma deseada usando métodos convencionales tales como mecanizado mediante máquinas herramientas y soldadura. Sin embargo, en la mayoría de los casos el producto final, que puede ser bastante complejo en su forma, se obtiene en una sola operación, con muy poco desperdicio de material, como por ejemplo la fabricación de tubería por extrusión (proceso continuo) o la fabricación de teléfonos por moldeo por inyección (ciclo repetitivo de etapas). Los polímeros termoplásticos suelen trabajarse previamente fundidos o reblandecidos por efecto simultáneo de la aplicación de calor, presión y esfuerzos de cizalla.
Principios del procesado de polímeros En el procesado de polímeros debe tenerse en cuenta el fenómeno de la viscosidad viscosidad.. Debido a su alta masa molecular, un polímero fundido es un fluido de alta viscosidad. La mayoría de los polímeros se procesan en estado fundido o líquido. El flujo viscoso se caracteriza por el coeficiente de viscosidad. Se define la viscosidad como la relación entre la fuerza cortante por unidad de área y el gradiente de velocidad, como se observa en la figura de más abajo. Se representa mediante la fórmula
τ es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A);
dγ/dn es el gradiente de velocidades, también llamado velocidad de deformación o velocidad de cizalla.
Viscosidad (μ):
La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ, pero para fluidos no Newtonianos la viscosidad aparente se suele representar entonces con la letra griega η. La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa•s, aunque el Poise Poise,, la unidad de medida del sistema cegesimal (CGS), está más ampliamente difundida. La relación entre ambas es:
Se pueden distinguir distintos tipos de comportamiento: comportamiento:
Comportamiento newtoniano: Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla. Si el polímero fundido tiene un comportamiento newtoniano:
Comportamiento no-newtoniano:
Comportamiento dilatante (shear thickening): Lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada su viscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada, causado por reorganizaciones en su microestructura. Los fluidos que siguen este comportamiento son poco numerosos, podríamos citar suspensiones de almidón en agua, y ciertas suspensiones de PVC.
Comportamiento pseudoplástico (shear thinning): Son materiales que ven reducida su viscosidad al aumentar la velocidad de deformaciòn. Muchos materiales muestran este tipo de comportamiento en mayor o menor grado y es el comportamiento más común. Quizá, por ser el comportamiento más común, y encontrarse en gran cantidad de sustancias de aplicación industrial ha sido ampliamente estudiado. Disoluciones de polímeros y polímeros fundidos muestran este tipo de comportamiento. Si el polímero fundido tiene un comportamiento pseudoplástico:
En la siguiente tabla, se muestra un rango de viscosidades para diversos materiales a temperatura ambiente y presión atmosférica. Liquido
Viscosidad aproximada (
)
12
Vidrio fundido (500°C)
10
Bitumen
10
8
Polimeros fundidos
10
3
Jarabes
10
2
Miel liquida
10
1
Glicerol
10
−1
Aceite de oliva
10
−2
Agua
10
−3
Aire
10
−5
Otro de los factores que influye a la viscosidad es la temperatura. Por encima della temperatura de transiciòn vitrea (T g), ls viscosidad sigue una ley de tipo Arrhenius. El coeficiente de viscosidad, a su vez, es dependiente de la temperatura, segùn la siguiente relaciòn:
donde η0 es la viscosidad absoluta,
es la energìa de activaciòn y T es la temperatura [K].
Por otro lado, para el conformado de polímeros también hay que tener en cuenta el comportamiento viscoelástico, que muchos polímeros exhiben en estado sólido, pero que también lo muestran en estado líquido. Un ejemplo es la dilatación en la matriz de extrusión. El material extruido “recuerda” su forma antes de pasar por el orificio.
