Importancia de los rellenos y fibras para poliolefinas
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Importancia de los rellenos y fibras para poliolefinas
Las fibras que podrían usarse en compuestos de poliolefina incluyen partículas aciculares, alúmina, aramida, boro, cerámica, vidrio, carbono, poliolefinas, fibras poliméricas de varilla rígida modernas y refuerzos tejidos. Las características deseadas de las fibras son las siguientes: alta relación de aspecto, estabilidad química, estabilidad térmica, bajo costo, bajo riesgo para la salud, tamaño de grano mínimo, porosidad mínima, fallas superficiales mínimas, rugosidad superficial mínima, resistencia específica alta, rigidez específica alta y alta tenacidad. Ninguna fibra individual se caracteriza por la mejor combinación de todas estas propiedades, y existe un importante conjunto de conocimientos relacionados con la dependencia de las poliolefinas: el rendimiento del compuesto de fibra en la interacción entre el componente de fibra individual, la matriz, la interfaz, la naturaleza del daño, y mecanismos de falla. Las aplicaciones clave de los compuestos de polímero y fibra se encuentran en estructuras primarias simples, y la macromecánica se ha utilizado para dilucidar los problemas primordiales que dictan los requisitos de diseño para los compuestos de polímero y fibra en aplicaciones estructurales [203]. Los rellenos particulados que se han utilizado como aditivos o extendedores de poliolefinas son los siguientes: polvo de madera, esferas de vidrio, silicatos huecos, silicatos de calcio (wollastonitas, CaSiO3), minerales de sílice (tierra de diatomeas, arcillas de caolín), silicatos de magnesio (talco, mica, amianto ), bigotes de sulfato de calcio, sulfato de bario, carbonato de calcio y negro de humo. Los rellenos o fibras se utilizan para reducir el costo o para mejorar las propiedades físicas de los materiales poliméricos. Sin embargo, en general, las fibras tienen los efectos más fuertes sobre las propiedades de las poliolefinas, seguidas de los rellenos en forma de placa y de partículas, en ese orden :
Módulo de flexión, módulo de tracción, rigidez, resistencia a la abrasión, antiestático el comportamiento y las temperaturas de distorsión térmica casi siempre mejoran, y el coeficiente de expansión térmica se reduce considerablemente mediante la adición de fibras o rellenos. No se puede decir lo mismo de la resistencia al impacto (tenacidad) y el alargamiento hasta la rotura (ductilidad) a menos que se use un agente interfacial apropiado. La tenacidad y la ductilidad son bajas en los polímeros cargados debido a la magnificación de la deformación, ya que las inclusiones rígidas constituyen defectos de concentración de la tensión y todas las deformaciones se imponen sobre la cantidad disminuida de matriz dúctil. Esta es la razón por la que los compuestos de poliolefina son débiles y quebradizos si el agente interfacial no es eficaz. Los agentes de acoplamiento mejoran la adhesión y, por lo tanto, mejoran la tenacidad del material compuesto con poco o ningún aumento de la ductilidad, lo que da como resultado un material fuerte pero quebradizo. Por el contrario, un agente de desacoplamiento disminuye la adherencia pero facilita la microcavitación, lo que aumenta significativamente la ductilidad con poco o ningún aumento en la tenacidad, dando como resultado un material dúctil pero débil.
El agente interfacial más deseado es el que aumenta significativamente tenacidad y ductilidad a través de una mayor adhesión de partícula a matriz y la formación de una interfaz resistente perceptible. Esto implica una menor concentración de tensión en la interfase y una microcavitación uniforme para obtener una tensión general reducida incluso si existe un estado de tensión triaxial moderado en todo el material compuesto. La sinergia es un objetivo final. La búsqueda de tales promotores de refuerzo constituye un área dinámica de investigación en curso en la industria, las universidades y los institutos de investigación. Hasta el momento, existe un consenso generalizado de que las bandas de corte, el agrietamiento y/o la microcavitación son los mecanismos esenciales para la tenacidad y la ductilidad, ya que son en gran parte responsables de crear las nuevas superficies deseadas que son capaces de absorber grandes cantidades de energía durante la deformación. En la preparación de compuestos de poliolefina, los agentes interfaciales se depositan primero sobre los rellenos y/o las fibras antes de que se efectúe la mezcla fundida y/o la reacción interfacial. Los agentes interfaciales que se han usado con poliolefinas incluyen organosilanos, organotitanatos, otros compuestos organometálicos, agentes de reticulación y catalizadores de polimerización. Los materiales compuestos pueden procesarse en uno o más de los siguientes: moldeado en autoclave, bobinado de filamentos, tendido manual, moldeado por inyección y pultrusión. Los diversos aspectos de los métodos están bien documentados. Bajo la influencia de agentes ambientales adversos, las propiedades finales de los compuestos de poliolefina son susceptibles de degradación. Un entorno tan adverso podría ser algo tan inocuo como la humedad. El efecto de la humedad adsorbida es degradar las propiedades dependientes de la matriz con un efecto resultante en el rendimiento de carga. En un ambiente menos amigable, podría ocurrir plastificación y posiblemente agrietamiento por estrés ambiental.
Polietileno (PE) y el polipropileno (PP)
El polietileno (PE) y el polipropileno (PP) siempre pueden incluirse en la categoría de “resinas básicas” y diferenciarse de las resinas de ingeniería en virtud de sus propiedades de tracción y temperaturas de servicio relativamente bajas. Sin embargo, esto simplifica demasiado en muchos casos; Las poliolefinas compuestas pueden servir en muchas aplicaciones de ingeniería al incorporar fibras y rellenos para aumentar las propiedades mecánicas y otras propiedades físicas. Ya sea que estos cambios útiles en las propiedades provengan de los rellenos inorgánicos más económicos o de fibras de vidrio largas de alta ingeniería que requieren técnicas y equipos de procesamiento específicos, los aditivos de refuerzo pueden convertir los compuestos de poliolefina en sistemas compuestos con compensaciones entre propiedades y costos, al igual que con los aditivos de compuestos químicos. Además, los rellenos de bajo costo (cuyos costos no están directamente vinculados a los precios de las materias primas de combustibles fósiles) ofrecen oportunidades para ahorrar costos de materiales al disminuir el porcentaje de polímero relativamente costoso que se necesita en un compuesto. Aunque se han agregado muchos tipos de cargas y fibras a las poliolefinas a lo largo de los años, y se continúan desarrollando otros nuevos, las secciones siguientes cubren los materiales más utilizados y de mayor importancia comercial. Estos rellenos y fibras continúan atrayendo los mayores esfuerzos de la industria y la academia para un mayor desarrollo y mejora. Los rellenos económicos son económicamente útiles como extensores que desplazan la resina más cara necesaria en un sistema de resina, sin afectar adversamente la mayoría de las propiedades. De hecho, los procesadores a menudo dependen del aumento en el uso de tales cargas durante tiempos de altos precios de los polímeros. Pero la mayoría de estos rellenos también se pueden ver como "rellenos funcionales", especialmente cuando la relación de aspecto de las partículas (largo / ancho) es superior a 10 aproximadamente. En términos generales, cuando se dispersan adecuadamente en una matriz de polímero, las partículas de relleno interfieren físicamente con la continuidad de los dominios del polímero y, por lo tanto, también con la forma en que se transfieren las fuerzas a través del sistema de material. Siempre que el relleno a granel esté libre de contaminación, el tamaño y la forma de las partículas sean consistentes y sus partículas estén bien dispersas, un relleno afectará las propiedades mecánicas de un compuesto de manera predecible. Los rellenos minerales generalmente aumentan la dureza y la rigidez, generalmente a expensas de la resistencia al impacto. Los rellenos minerales también ayudan a mantener la estabilidad dimensional. Por ejemplo, contrarrestan la tendencia del PP a distorsionarse y deformarse (un problema frustrante que solía hacer que algunos procesadores se refirieran al PP con el apodo poco favorecedor de "poliarpileno"). La estabilidad dimensional, así como la resistencia al rayado que mejoran algunos rellenos, serán aún más importantes en los usos de ingeniería del PP para aplicaciones automotrices, con sus requisitos de ajuste y acabado.