EMA/PMMA
Aleación > ► Mezclas de PMMA
PMMA/EMA
Las mezclas endurecidas son mezclas inmiscibles o parcialmente miscibles que tienen dos Tg separadas. Tienen una microestructura heterogénea con un tamaño de fase dispersa del orden de micrómetros. La incorporación de EMA puede aumentar la tasa de fractura del PMMA al permitir una mayor deformación plástica de la matriz o al sufrir una fractura y proteger al PMMA de la fractura. La fase EMA en forma de pequeñas partículas debe dispersarse adecuadamente en la fase PMMA para lograr el endurecimiento. El tamaño de partícula y la distribución del tamaño de la EMA dispersa en la mezcla dependerá del grado de miscibilidad de las dos fases y de la forma en que se mezclan. Si el caucho tiene una excelente miscibilidad con PMMA, las partículas de caucho dispersas serán demasiado pequeñas e incluso se distribuirán a escala molecular a lo largo de la fase de PMMA. Si las dos fases son inmiscibles, las partículas de caucho se dispersarán como partículas macroscópicas y se reducirá la capacidad de endurecimiento. Algunos de los factores que influyen en el comportamiento de endurecimiento se analizan brevemente a continuación. La adición de EMA aumenta la resistencia al impacto de las mezclas de PMMA sin afectar significativamente las propiedades ópticas de estas mezclas. Se observa que a medida que aumenta el contenido de EMA, se reducían la resistencia a la tracción y el módulo de las mezclas.
Fracción de volumen de la fase de caucho
La fracción de volumen óptima de la fase de caucho en PMMA es la que produce las máximas propiedades mecánicas. El aumento de la concentración de la fase de caucho más allá de este límite disminuye las propiedades mecánicas de las mezclas independientemente de las propiedades del PMMA. En la mayoría de las mezclas de caucho-termoplástico, es aceptable una carga de caucho del 20 al 30%. Una carga de caucho más alta también puede conducir a una reducción en la resistencia al impacto. Tamaño de partícula y distribución de la fase de caucho en la mezcla Si se dispersa adecuadamente, la fase de caucho puede actuar como un concentrador de tensión eficaz y mejora las características de fluencia de la fase de PMMA. La velocidad de cizallamiento desarrollada en la mezcla de polímeros es inversamente proporcional al diámetro de la partícula de caucho. Por tanto, el tamaño de las partículas de caucho debe ser lo más bajo posible para lograr un endurecimiento eficaz.
Adhesión interfacial entre el caucho y la fase PMMA
La adhesión interfacial es la adhesión en la que las interfaces entre fases o componentes se mantienen mediante fuerzas intermoleculares, enredos de cadenas o ambos, a través de las interfaces. La adherencia interfacial entre el caucho y el PMMA debe ser suficiente para permitir la transferencia efectiva de la tensión a las partículas de caucho y también para proporcionar múltiples sitios para el agrietamiento y el cizallamiento localizado para una disipación efectiva de la energía del impacto.
Mecanismo de endurecimiento
El mecanismo de endurecimiento generalmente se explica por el fenómeno de deformación por cizallamiento o agrietamiento o vaciamiento de la matriz. La deformación por cizallamiento implica el estirado macroscópico del material sin un cambio de volumen y se produce aproximadamente a 45 ° del eje de tracción. Dependiendo del polímero, la fluencia puede localizarse o difundirse por toda la región de tensión. Esto se inicia por una región de alta concentración de tensión que se produce debido a la incorporación de agentes endurecedores como partículas de caucho. El caucho con módulo bajo actúa como concentrador de tensiones y mejora el rendimiento al cizallamiento. El agrietamiento es una forma más localizada de deformación en forma de muchas grietas diminutas y se produce en el plano normal al esfuerzo de tracción. Las grietas se inician en puntos de máxima tensión, que generalmente están cerca de las partículas de caucho y luego se propagan hacia afuera. El proceso finaliza cuando la concentración de tensión cae por debajo del nivel crítico para la propagación o cuando se encuentra una partícula grande u otro obstáculo. Por lo tanto, la partícula de caucho controla el crecimiento de las grietas iniciando y terminando las grietas. Si la formación de grietas se extiende por toda la sección transversal de la mezcla de polímeros, el material cede y fluye en varios planos y convierte la energía a través de una deformación irreversible y se endurece. Cuando se forman muchas grietas pequeñas al mismo tiempo, las grietas se encuentran con otras partículas de caucho, de modo que la tensión en la falla y también la absorción de energía de todo el material permanecen más bajas. El vaciado reduce la tensión hidrostática en la punta de la grieta y, por lo tanto, la iniciación de los huecos y su posterior crecimiento mejora el flujo de la matriz.
Densidad
PMMA y EMA tienen una densidad promedio de 1183 y 938 kg/m3 respectivamente, mientras que la de las mezclas se encuentra en el rango de 1132 a 1175 kg/m3. Debido a que EMA tiene una densidad más baja en comparación con PMMA, la densidad de las mezclas de PMMA/EMA disminuyó linealmente con un aumento en la concentración de EMA.
Propiedades de tracción
Una prueba de tracción, en un sentido amplio, es una medida de la capacidad de un material para resistir fuerzas que tienden a separarlo y para determinar hasta qué punto el material se estira antes de romperse. La comprensión básica del comportamiento tensión-deformación del material plástico es de suma importancia para los ingenieros de diseño. La variación de la resistencia a la tracción en función del porcentaje en peso de EMA. Virgin PMMA tiene la mayor resistencia a la tracción y el módulo de Young en comparación con todas las mezclas de PMMA/EMA. Se observó que a medida que aumentaba el contenido de EMA, la resistencia a la tracción y el módulo de Young disminuían gradualmente. La tendencia decreciente de las propiedades mecánicas con un mayor contenido de EMA en las mezclas se debe a la incorporación de la fase EMA elastomérica blanda, que le da un efecto de plastificación al PMMA rígido. mala transferencia de tensión entre la fase continua y la fase dispersa. El grado de reducción en la resistencia a la tracción y el módulo depende significativamente de la naturaleza y cantidad de la fase elastomérica.
Resistencia al impacto
La resistencia al impacto de los materiales poliméricos está directamente relacionada con la tenacidad general del material. La tenacidad se define como la capacidad del polímero para absorber la energía aplicada. La incorporación de una fase elastomérica, como poliuretano termoplástico (TPU), EVA y EMA en la matriz de PMMA, mejoró la resistencia al impacto izod. La resistencia al impacto de todas estas mezclas aumentó considerablemente más que el PMMA virgen. La adición de un 5% de EMA (95/5 PMMA/EMA) muestra una mejora del 82% en la resistencia al impacto. Pero a una concentración más alta de EMA (10 y 20% en peso) la mejora en la resistencia al impacto es insignificante. A partir de estos resultados, queda muy claro que una formulación equilibrada de la fase gomosa en los plásticos es importante para obtener modificaciones de impacto. La mejora de la resistencia al impacto normalmente implica una reducción de la rigidez y un aumento de la deformación por fluencia. El orden de resistencia al impacto con la fase elastomérica es: EMA> EVA> TPU. Estos resultados indican claramente que la resistencia al impacto de las mezclas de PMMA depende en gran medida de la naturaleza de la fase elastomérica y su fracción de volumen.
Temperatura de ablandamiento de Vicat
La temperatura de ablandamiento de Vicat ( VST) es uno de los parámetros importantes para evaluar el rendimiento de los plásticos a temperaturas elevadas. Los valores de temperatura de ablandamiento Vicat (VST) de las mezclas de PMMA/EMA se encuentran en el rango de 95 a 96°C. Estos datos indican que no existe una influencia significativa de las composiciones de la mezcla sobre VST. Se observó una ligera reducción o retención en los valores de VST de las mezclas, lo que puede atribuirse a la presencia de un componente EMA flexible en la matriz de PMMA. De los resultados, se puede concluir que la adición de EMA no altera significativamente la temperatura de servicio de PMMA.
Efecto del envejecimiento químico
La resistencia de los plásticos a varios reactivos químicos se mide mediante la simple inmersión de muestras de plástico en reactivos/disolventes químicos según el procedimiento estándar en todas las industrias del plástico. Este método se puede utilizar para comparar la resistencia relativa de varios plásticos a los reactivos químicos típicos. La resistencia de los plásticos a los reactivos químicos se comprende mejor mediante el estudio de su estructura polimérica básica, el tipo de enlaces poliméricos, el grado de cristalinidad, ramificación, la distancia entre los enlaces y la energía necesaria para romper los enlaces. El PMMA es un material polar y su absorción de agua afecta las propiedades mecánicas, pero no es así en el caso de las mezclas. Los polímeros vírgenes (PMMA y EMA) y sus mezclas se expusieron a diversos entornos químicos y se evaluó la influencia del envejecimiento químico en el rendimiento mecánico. Se observa que después del envejecimiento químico, la resistencia a la tracción del PMMA se reduce en aproximadamente un 5 a 15%, mientras que su mezcla muestra un aumento marginal en la resistencia a la tracción en el rango de 0 a 8%. Los resultados indicaron que las propiedades de alargamiento del PMMA se mantuvieron incluso después del envejecimiento químico, pero sus mezclas mostraron una reducción en el porcentaje de alargamiento a la rotura después del envejecimiento químico.En el caso de las mezclas de PMMA/EMA, el módulo de tracción ha aumentado significativamente después del envejecimiento químico. A medida que aumenta la concentración de EMA, los valores del módulo aumentan en comparación con las muestras respectivas antes del envejecimiento. Los resultados de la propiedad de tracción después del envejecimiento químico revelaron que la incorporación de EMA en la matriz de PMMA mejoró la resistencia química del material de PMMA amorfo. Se esperaba la reducción de las propiedades mecánicas del PMMA después del envejecimiento químico debido a la variación en las características estructurales. Pero la mejora o retención en la resistencia a la tracción y el módulo de tracción de las mezclas de PMMA/EMA después del envejecimiento químico puede deberse a la influencia de los reactivos químicos con los constituyentes de las mezclas, lo que ayuda a mejorar la interacción entre los materiales que conduce a una mejora en las propiedades. Sin embargo, debido a la reducción en el porcentaje de alargamiento a la rotura después del envejecimiento químico, obviamente debido al efecto de los reactivos químicos, los materiales pueden sufrir cambios físicos o químicos y, por lo tanto, se reduce el alargamiento.
Efecto del envejecimiento por calor
Los materiales plásticos expuestos al calor sufren muchos tipos de cambios físicos y químicos. La gravedad de las exposiciones tanto en el tiempo como en la temperatura determina la extensión y el tipo de cambios que se producen. Los períodos prolongados de exposición de los plásticos a temperaturas elevadas generalmente causarán cierta degradación con cambios progresivos en las propiedades físicas. El PMMA virgen y sus mezclas con EMA se sometieron a envejecimiento por calor a 80°C durante 168 h, y sus propiedades de tracción, como resistencia a la tracción, módulo de tracción y alargamiento a la rotura. En el caso del PMMA, el módulo de tracción se redujo después del envejecimiento por calor, mientras que el módulo de tracción de las mezclas mostró una mejora significativa después del envejecimiento por calor.
Propiedades ópticas
Se observa que el porcentaje de transmitancia de PMMA es 90.5 y para sus mezclas, los valores de transmitancia se encuentran en el rango de 84.2% a 86.8%, y la incorporación de EMA no ha afectado significativamente la transmitancia. El porcentaje de claridad se reduce ligeramente después de la incorporación de EMA. Los valores de claridad de las mezclas se encuentran en el rango de 70,8% a 77,3%. Las mezclas de PMMA endurecido con EMA conservan las propiedades ópticas.