TECNOLOGIA DE MATERIALES PLASTICOS REOLOGIA DE POLIMEROS ESTUDIO DE LA VISCOSIDAD

MATERIA PRIMA POLIMERICA PRODUCTO O ARTICULO FINAL OBTENIDA FUNDIDO FORMADO SOLIDIFICACION PROCESAMIENTO PRODUCTO O ARTICULO FINAL

La mayoría de las Etapas del Proceso, involucran el FLUJO DE POLÍMEROS EN ESTADO LIQUIDO

Para el Estudio del Flujo de los Polímeros Plastificados es necesario recurrir a la REOLOGIA DE POLIMEROS, ya que por intermedio de la misma se pueden analizar y entender las PROPIEDADES DE FLUJO DE LOS POLÍMEROS

PROPIEDADES DE FLUJO DE LOS POLIMEROS Permite entender los Procesos de los Materiales Plásticos, tales como: EXTRUSION INYECCION TERMOCONFORMADO MOLDEO

REOLOGIA

REOLOGIA: Es la Ciencia que estudia el Flujo y la deformación de materiales. PARA PROCEDER A ANALIZAR REOLOGICAMENTE UN FLUIDO, ES NECESARIO, CONOCER QUE EXISTEN DIVERSOS PARÁMETROS REOLÓGICOS

PARAMETROS REOLOGICOS VISCOSIDAD TENSION DE CORTE TRACCION FLEXION TORSION COMPRESION EFECTO DE CIZALLA

la viscosidad describe la resistencia de los materiales a fluir VISCOSIDAD:La característica que describe la resistencia interna de un líquido para fluir se denomina viscosidad. Generalizando, podemos decir que : la viscosidad describe la resistencia de los materiales a fluir

La viscosidad es un factor importante en el Transporte de Resinas, la Inyección de Plásticos en estado líquido y en la obtención de dimensiones críticas de formas extruídas. CUANTO MÁS LENTO FLUYE EL LÍQUIDO, MAYOR ES SU VISCOSIDAD.

VISCOSIDAD = shear stress / shear rate shear stress: Fuerza por unidad de área usada para mover un material. shear rate: Gradiente de Velocidad en el Flujo de materiales

DISTINTOS TIPOS DE VISCOSIDAD Viscosidad Aparente Viscosidad Cinemática Viscosidad Absoluta: siendo ésta última posible de medir con los viscosímetros con los que cuenta nuestra Facultad; viscosímetros marca Brookfield; tipos :LVDV-III ( para bajas viscosidades; 1cp a 2M cp) Y HBDV-III ( para altas viscosidades; 800 cp a 3200M cp)

TABLA DE CONVERSION DE VISCOSIDAD 1 cp = 1 mPa * s 1 P = 100 cp 1 Pa * s = 1000 mPa * s

Los Viscosímetros con los que se cuenta, determinan la viscosidad a partir de determinar el torque requerido para rotar un elemento ( aguja) sumergido en un fluido. El porcentaje de torque que indica el equipo, es la Resistencia del material a fluir . Cada combinación de (velocidad – aguja ) brinda un rango de medición

Es importante tener en cuenta que la viscosidad puede ser determinada de distintos modos, y es por ello que existe gran diversidad de Equipos, basados ellos en distintos principios; y por lo tanto la viscosidad también puede ser determinada de otras maneras, tal como:

VISCOSIDAD DE TRACCION

PARA LA MAYORÍA DE LOS FLUIDOS INCLUSO LOS POLÍMEROS FUNDIDOS CUMPLEN CON ESTA CONDICION

Los Polímeros se caracterizan por poseer, de modo aproximado los siguientes valores de Resistencia a la Tracción

PERO.... A PESAR DE TODO LO VISTO, Y PARA PODER COMPRENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS DISTINTOS POLÍMEROS, ES NECESARIO SABER DE LA EXISTENCIA DE LOS DISTINTOS TIPOS DE FLUIDOS EXISTENTES

DISTINTOS TIPOS DE FLUIDOS NEWTONIANOS INDEPENDIENTES DEL TIEMPO DEPENDIENTES DEL TIEMPO PERO NO ELÁSTICOS NO NEWTONIANOS VISCOELASTICOS

FLUIDOS NEWTONIANOS Son fluidos en los que el deslizamiento relativo, de los elementos de fluido, al circular uno sobre otro, es proporcional al esfuerzo cortante sobre el fluido Ver figura 1 Todos los gases, agua líquida y líquidos de moléculas sencillas ( amoníaco, alcohol, benceno, petróleo, cloroformo, butano, etc) son NEWTONIANOS

FIGURA 1

FLUIDOS NO NEWTONIANOS INDEPENDIENTES DEL TIEMPO Los que pueden clasificarse, dependiendo de la relación EMPUJE –GRADIENTE DE VELOCIDAD PLASTICOS DE BINGHAM: Como es el caso de la pasta de dientes DILATANTES: Tal como las soluciones de almidón espeso PSEUDOPLASTICOS: Como la pulpa de papel, o la pintura

FLUIDOS NO NEWTONIANOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO PERO NO ELASTICOS Son Fluidos cuyo comportamiento, en un determinado momento, está influenciado por lo que les ha ocurrido en el pasado reciente. Por ejemplo, la salsa de tomate( ketchup ) que ha estado en reposo durante un rato, no verterá; pero una botella de ketchup recientemente agitada verterá fácilmente. Estos fluidos parece que tienen una memoria que se desvanece con el tiempo

FLUIDOS NO NEWTONIANOS VISCOELASTICOS Son aquellos materiales que combinan las propiedades elásticas de los sólidos con el comportamiento de los fluidos, y como ejemplo tenemos la saliva y, en general, todos los fluidos biológicos, sopa concentrada de tomate, masa de pan y muchas soluciones poliméricas

ESFUERZO CORTANTE Y VISCOSIDAD

PARA UN FLUIDO NEWTONIANO: EL GRADIENTE DE VELOCIDAD ES PROPORCIONAL AL ESFUERZO CORTANTE IMPUESTO AL FLUIDO, O SEA: t = m . (du/dy)

PARA UN PLASTICO DE BINGHAM: LA RELACION ENTRE EL ESFUERZO CORTANTE Y EL GRADIENTE DE VELOCIDAD ES LINEAL, PERO NO PASA POR EL ORÍGEN. t = to + m . (du/dy)

PARA PSEUDOPLASTICOS Y DILATANTES QUE SIGUEN UN COMPORTAMIENTO POTENCIAL, LA RELACION ENTRE EL ESFUERZO CORTANTE Y EL GRADIENTE DE VELOCIDAD NO ES LINEAL t = k . (du/dy)n n = índice de comportamiento del flujo

PARA PLASTICOS EN GENERAL t = to + k. (du/dy)n

REOLOGIA DE POLIMEROS

La Reología de los Polímeros hace referencia al estudio del flujo de los polímeros plastificados ES DE FUNDAMENTAL IMPORTANCIA PARA PODER MEDIR LA MAGNITUD DE LAS FUERZAS NECESARIAS PARA MOLDEARLOS

LOS MATERIALES POLIMERICOS NO RESPONDEN EN FORMA INSTANTANEA ANTE UNA DETERMINADA FUERZA DEFORMANTE (TRACCION O CORTE). ESTOS MATERIALES PRESENTAN UN CIERTO GRADO DE ELASTICIDAD QUE LES CONFIERE UNA ESPECIE “DE MEMORIA PARCIAL” DE LA POSICION QUE OCUPARON ANTERIORMENTE ESTE EFECTO QUEDA DETERMINADO POR EL PARAMETRO CONOCIDO COMO TIEMPO DE RELAJACION

ES EL TIEMPO QUE LAS MOLECULAS DE UN MATERIAL PLASTICO, TARDAN EN UBICARSE EN LA NUEVA POSICION, DESPUES DE QUE EL MISMO HAYA SIDO SOMETIDO A UN DETERMINADO ESFUERZO

TIEMPOS APROXIMADOS DE RELAJACION

LA VARIABLE ELASTICIDAD INFLUYE EN EL PROCESAMIENTO DE UN POLIMERO; Y DEBIDO A ESTO, ES QUE APARECE UNA VARIABLE OPERATIVA CONOCIDA COMO: TIEMPO DEL PROCESO tp

TIEMPO DEL PROCESO tp Si una etapa de un determinado proceso tiene una duración tp mucho mayor que el tiempo de relajación, el material fluye con facilidad como si fuese un Newtoniano. Prácticamente no hay efecto elástico. En el caso contrario, el material tardará en relajarse, y por lo tanto tendremos importantes efectos elásticos

SEGÚN LO ANALIZADO, PODEMOS CONCLUIR QUE: UNA PROPIEDAD BASADA SOLAMENTE EN LA VISCOSIDAD, NO ALCANZA PARA CARACTERIZAR, NI TAMPOCO PARA COMPRENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS PLÁSTICOS DURANTE EL PROCESO DE TRANFORMACIÓN. ES POR ELLO IMPORTANTE TENER EN CUENTA: EL GRADO DE ELASTICIDAD EL TIEMPO DE RELAJACION

FINALMENTE, PODEMOS DECIR QUE LOS PLÁSTICOS ( EN GENERAL) PRESENTAN COMPORTAMIENTO PSEUDOPLASTICO, EL QUE SE EXPLICA POR LA MORFOLOGIA DE LOS POLIMEROS ESTOS FORMAN LARGAS CADENAS ENROLLADAS Y TORCIDAS; AUN ESTANDO FUNDIDOS, LAS QUE SON RESPONSABLES, EN GRAN PARTE DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO QUE PRESENTAN ESTOS MATERIALES ANTE UN ESFUERZO CUALQUIERA

t = k . (du/dy)n t = to + k. (du/dy)n

k:Coheficiente de Viscosidad o Indice de Consistencia SE HAN ELABORADO MULTIPLES MODELOS MATEMATICOS QUE INTENTAN REPRESENTAR EL COMPLEJO COMPORTAMIENTO DE LOS POLIMEROS. PERO... PARA UN INTERVALO UTIL DE VELOCIDAD DE CORTE, PODEMOS EXPRESAR QUE EL ESFUERZO DE CORTE SIGUE UNA LEY DE POTENCIA t = k . (du/dy)n k:Coheficiente de Viscosidad o Indice de Consistencia

CONCLUSIONES

PODEMOS ASUMIR AHORA QUE: LOS POLIMEROS FUNDIDOS SON INVARIABLEMENTE PSEUDOPLASTICOS NO SON NEWTONIANOS POR LO GENERAL SE ADELGAZAN CUANDO SE SOMETEN A ALGUN ESFUERZO SU VISCOSIDAD DECRECE CUANDO SE INCREMENTA LA TEMPERATURA LA VISCOSIDAD APARENTE DECRECE CUANDO AUMENTA EL ESFUERZO DE CORTE