Polipropileno PP
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Influencia de la copolimerización en las propiedades del polipropileno
Influencia de la copolimerización en las propiedades del polipropileno
Las propiedades del polipropileno pueden ser ampliamente modificadas a través de cambios en la cristalinidad por la presencia de unidades de comonómero distribuidas al azar en la cadena de polímero. En general, la presencia de un comonómero se considera como un defecto que es expulsado de la cadena del cristal en crecimiento, conduciendo a la obtención de polímeros con menor contenido en cristalinidad y menor tamaño de cristal, lo que conlleva a una menor temperatura de fusión. Por otra parte, cuando el comonómero es una α-olefina de pequeña longitud, puede entrar a formar parte de los cristales en mayor o menor grado, cocristalizando con las unidades de polipropileno. Por ello disminuye siempre el tamaño de los cristales y, bajo ciertas condiciones, puede favorecer el desarrollo de la forma cristalina γ, que funde a temperatura más baja. Todo ello depende de muchos factores, como son el tipo y la concentración de comonómero así como su distribución en la cadena. El contenido en comómero que entra a formar parte de la red cristalina también está influenciado por la historia térmica aplicada, ya que el contenido de comonómero incorporado al cristal es mayor cuando el enfriamiento es rápido, produciéndose una expansión de celdilla cristalina superior a la que se observa cuando el enfriamiento es más lento. El efecto del tipo y la concentración de α-olefina en la relación estructura-propiedades del polipropileno han sido ampliamente estudiados, existiendo una correlación lineal entre la proporción de forma γ y la longitud de secuencias de polipropileno cristalizables. Este resultado confirma que la interrupción de las secuencias isotácticas a medida que el comonómero se inserta en la cadena favorece el desarrollo de la forma. La microestructura juega también un importante papel en las propiedades del material puesto que la Tm y el contenido en forma cristalina γ depende no sólo del contenido en comonómero, sino de su distribución a lo largo de la cadena. La estructura cristalina de los copolímeros de polipropileno depende en gran medida de la proporción de comonómero que entra a formar parte de la red cristalina y la proporción que queda en las zonas amorfas. En los copolímeros de etileno, tanto la temperatura de fusión Tm como la temperatura de transición vítrea Tg disminuyen linealmente con el contenido en comonómero junto con una clara tendencia a disminuir la cristalinidad con el aumento del contenido en etileno. Además, la presencia de polimorfismo, α y γ, y el contenido de forma γ es proporcional a la cantidad de etileno. La observación de la forma γ junto a la disminución en la Tm queda justificada si se asume que existe una inclusión de las unidades de etileno en el cristal. Los copolímeros de propileno con α-olefinas superiores como 1-hexeno ó 1-octeno presentan una cinética de cristalización y una morfología muy diferentes respecto a los copolímeros de etileno y 1-buteno. Debido a su elevado tamaño molecular se ven en gran proporción excluidos del cristal, dados los problemas de impedimento estérico de la cadena lateral.
Terpolímeros de polipropileno
Son de recien interés reciente los terpolímeros de etileno y 1-buteno. La comparación del comportamiento de los terpolímeros con los más comunes copolímeros de etileno y copolímeros de 1-buteno, ha revelado que la presencia de forma γ en un terpolímero es mayor que en un copolímero de etileno o en un copolímero de 1- buteno, para un mismo contenido en comonómero y que ésta aumenta a medida que se incrementa el contenido en comonómero. Parece ser que la aparición de mayor proporción de fase γ está asociada a una estructura con un desorden uniformemente distribuido durante la formación de cristales. No obstante existen muy pocos trabajos en la literatura relativos a los terpolímeros, por lo que este tipo de polímeros despiertan un especial interés científico.
Soldadura
Como todos los demás plásticos, el PP se puede soldar mediante la aplicación de calor y presión. Con PP se pueden utilizar técnicas de soldadura ultrasónica, con herramienta calentada, gas caliente, vibración o por rotación. La elección de la técnica de soldadura depende del área de unión y del número y forma de las piezas a unir. La fuerza de la soldadura depende de la geometría del componente, el método de soldadura y los parámetros de soldadura. La selección del método de soldadura y el diseño del componente deben considerarse cuidadosamente en la etapa de diseño.
Soldadura con herramienta con calefacción
En la soldadura con herramienta con calefacción, se utiliza una placa calefactada para fundir las superficies de unión de dos piezas termoplásticas. Luego, las dos interfaces se ponen en contacto y se dejan enfriar para proporcionar un sello hermético. Las principales variaciones de la soldadura con herramienta calentada son la placa caliente, el enchufe, la fusión a tope y la montura. La técnica se puede utilizar para soldar la mayoría de los termoplásticos. Si se utilizan los procedimientos correctos, la resistencia de la soldadura puede ser igual a la resistencia a la tracción del material base. Es un proceso de soldadura relativamente lento; Los tiempos de soldadura pueden variar desde 10 segundos para componentes pequeños hasta 60 minutos para componentes con área de soldadura grande. Los principales parámetros de soldadura son la temperatura de la placa caliente, el tiempo de calentamiento, la presión de soldadura y el tiempo de soldadura. Para soldar tuberías de PP, la soldadura por encastre se utiliza cuando se inserta una tubería calentada en un accesorio calentado. Se informa que es el método preferido para unir tuberías de PP para instalaciones domésticas. Los accesorios de electrofusión se utilizan en circunstancias excepcionales en las que no es posible la soldadura por encaje. La fusión a tope con elementos calentados es el método más común para unir tuberías de PP para aplicaciones industriales. Las superficies cortadas de las tuberías se cepillan, se calientan en contacto con un elemento calentado y luego se unen y enfrían bajo presión. Se pueden incorporar válvulas y otros inducidos mediante brida, soldadura o roscado.
Soldadura con gas caliente
En la soldadura con gas caliente, una corriente de gas caliente, típicamente aire, se dirige hacia la unión entre las dos partes termoplásticas que se van a unir, donde ablanda o derrite el polímero. También se puede usar una varilla de relleno termoplástica para formar una soldadura. La soldadura con gas caliente es un proceso manual y la calidad de la unión depende de las habilidades del operador. Los parámetros ajustables son el tipo de gas, el caudal y la temperatura, y el ángulo de la varilla de relleno con las piezas que se están soldando. Las variaciones de la técnica de soldadura con gas caliente son la soldadura manual, la soldadura rápida y la soldadura por extrusión.
Soldadura por fricción y vibración
En la soldadura por fricción, el calor necesario para fundir el material termoplástico se genera presionando una de las partes a unir contra la otra y haciéndola vibrar rápidamente. Si se utilizan los procedimientos correctos, la resistencia de la soldadura podría ser igual a la resistencia a la tracción del material base. El calor generado por la fricción derrite el material en la interfaz entre 2 y 3 segundos. Se requiere más tiempo para alinear las piezas y mantenerlas juntas bajo presión hasta que se forme una unión sólida. Los principales parámetros de soldadura son la velocidad de rotación, la presión de fricción, la presión de forja, el desplazamiento y la duración. Las principales variaciones de la soldadura por fricción son la soldadura por vibración lineal, la soldadura por fricción orbital (movimiento circular), la soldadura por rotación y la soldadura por fricción angular. Soldadura ultrasónica En la soldadura ultrasónica, la energía sonora de alta frecuencia se utiliza para ablandar o fundir el termoplástico en la unión. Las piezas que se van a unir se mantienen juntas bajo presión y luego se someten a vibraciones ultrasónicas generalmente a una frecuencia de 20 a 40 kHz. Es un proceso de soldadura muy rápido y se puede automatizar fácilmente. Las principales ventajas son soldaduras rápidas, fuertes, limpias y fiables. Debido a la naturaleza semicristalina del PP con un punto de fusión agudo, el PP no es tan fácil de soldar como el PS. Sin embargo, se pueden obtener buenos resultados mediante soldadura ultrasónica de campo cercano. El PP no transmite ondas ultrasónicas lo suficientemente bien como para soldarlo mediante soldadura ultrasónica de campo lejano.
Soldadura por radiofrecuencia
La soldadura por radiofrecuencia también se conoce como soldadura dieléctrica o soldadura por alta frecuencia. Los enlaces resultantes pueden ser tan fuertes como el material original. La soldadura por radiofrecuencia requiere altas propiedades dieléctricas del material para lograr el calentamiento por corriente alterna de alta frecuencia. El PP tiene un factor de potencia bajo y no es adecuado para la soldadura por radiofrecuencia.
Otras técnicas de soldadura
En la técnica de soldadura por láser, se utiliza un rayo láser de alta intensidad para aumentar la temperatura en la interfaz de unión del material termoplástico hasta el punto de fusión o por encima del mismo. En la soldadura por infrarrojos, las superficies de unión se calientan a la temperatura de fusión mediante radiación infrarroja. Cuando comienza la fusión, las piezas se juntan bajo presión, formando la soldadura al enfriarse. Se han probado sistemas de unión por infrarrojos en PP y se han informado uniones con un factor de soldadura superior a 0,9 (1 representa el ideal) a una temperatura de prueba de –40°C. La soldadura por microondas utiliza radiación electromagnética de alta frecuencia para calentar el material ubicado en la superficie de la junta. El calor generado derrite los materiales termoplásticos en la superficie de la junta, produciendo soldadura al enfriarse. El uso de estas técnicas de soldadura aún no está bien establecido para el PP.