Plasticos

LECCION 6.- PLASTICOS / PRINCIPIOS FISICOS DE LOS PROCESOS DE FABRICACION CON POLIMEROS.

1.- Introducción. Las técnicas de transformación de los materiales termoplásticos, tales como la inyección, la extrusión, el soplado, el conformado en caliente, etc., implican el reblandecimiento o fusión del material, su flujo en estado fundido hasta adquirir la forma deseada y, finalmente, suenfriamiento y consolidación. El conocimiento de los parámetros y de las leyes que regulan el flujo de los materiales termoplásticos permite actuar de la manera más adecuada en los procesos de transformación y en la calidad de los objetos producidos. Otra alternativa de la utilización de los termoplásticos se presenta en disolución, o en emulsión, en fase líquida. En ambos casos, el comportamiento delmaterial es muy distinto del que ofrecen los líquidos newtonianos que estudia la Mecánica de los Fluidos. La principal diferencia entre un polímero fundido, en disolución o en emulsión y un líquido newtoniano estriba en que los primeros mantienen un cierto grado de elasticidad, a la vez que se deforman fluyendo con una determinada viscosidad, que depende, no sólo de la temperatura, sino de la propiavelocidad de deformación. En los líquidos newtonianos la viscosidad es una característica del material, que sólo depende de la temperatura. El comportamiento de los materiales plásticos corresponde al modelo viscoso-elástico (viscoelástico), siendo más elástico que viscoso a baja temperatura (aspecto consistente) y más viscoso que elástico (aspecto fluido) a alta temperatura, o en disolución o enemulsión. Dada la complejidad del análisis simultáneo de los aspectos viscosos y elásticos del flujo de estos materiales, en el presente capítulo se considera el flujo viscoso, poniendo de manifiesto las «anomalías» que se producen en determinadas circunstancias debido a las características elásticas del material. 2.- Propiedades de flujo de los polímeros fundidos. El comportamiento de los polímerosen el estado fundido está controlado por las siguientes propiedades : (i).- Baja densidad ( ρ = 103 kg/m3). (ii).- Baja conductividad térmica ( k = 0.1 W/m.K). (iii).- Altas viscosidades (η = 102 - 104 N.s/m2). El agua 10-3 N.s/m2 a temperatura ambiente. (iv).- Propiedades de flujo no newtoniano, es decir la viscosidad varia, además de con la temperatura, con la velocidad de deformación. El bajovalor de la conductividad térmica da como resultado que los polímeros sean materiales con bajos k , donde ce es el calor específico. El valor de α puede calcularse para valores de la difusividad térmica, α = ρ ce cualquier polímero y los valores pueden encontrarse en la bibliografía. Sin embargo, para fines prácticos, se utiliza un valor de 10-7 m2/s para todos los polímeros. Recordando la ecuaciónde Fourier para el flujo de calor no estacionario en una dirección, que es lo que realmente sucede cuando se enfría de una pieza moldeada, y que relaciona la dimensión y el tiempo: d 2T 1 dT = dx 2 α dt siendo x es la dimensión del molde, T la temperatura y t el tiempo, se deduce que bajos valores de α dan como resultado largos períodos de tiempo para el calentamiento y enfriamiento del material,así como significantes gradientes de temperatura en el.

2 A su vez recordando la definición del número de Reynolds:

Re =

ρ Lu η

las propiedades (i) y (iii) dan como resultado bajos valores de dicho número ( < 1.0) y , por tanto, el flujo será de tipo laminar. Aunque esto puede simplificar el análisis, la característica (iv) añade complejidad al problema. 3.- Flujo newtoniano. Lasdeformaciones que se originan en los sólidos poco consistentes, amorfos o cristalinos, y en los líquidos, a temperaturas adecuada, bajo la acción de esfuerzos exteriores, están asociadas a un mecanismo de flujo del material dependiente del tiempo. La propiedad característica que determina el flujo de cualquier fluido es su viscosidad, que es una propiedad típica de los fluidos no ideales. En el...