uencia de refuerzos de tipo carbonoso en la cinética de cristalización de la polietertercetona

Bladimir

Description

En este trabajo de investigación se estudió el efecto de la adición de fibras cortas de carbono (FC) y nanofibras de
carbono (NFC) en la cinética de cristalización isotérmica de la polieteretercetona (PEEK). Los compuestos de polieteretercetona se reforzaron con cantidades GH)&1)&HQpeso), fueron mezclados desde el fundido en una extrusora y posteriormente moldeados por inyección. Se realizaron ensayos mediante la técnica calorimetría
diferencial de barrido (DSC). Los resultados revelaron la influencia de las fibras de carbono al incrementar la velocidad de cristalización de la fase cristalina del PEEK, sin afectar el mecanismo de nucleación, siendo más acusado en los sistemas que contienen QDQRÀEUDVGHFDUERQRGHELGRDsu tamaño nanométrico.

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• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2011
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Extrait

Influencia de refuerzos de
tipo carbonoso en la cinética
de cristalización de la
polietertercetona
BLADIMIR, RAMÓN VALENCIA*
JACIPT, RAMÓN VALENCIA**
JOSÉ RAMÓN, SARASUÁ OIZ***
Resumen
En este trabajo de investi-
gación se estudió el efecto de
la adición de fibras cortas de
carbono (FC) y nanofibras de
carbono (NFC) en la cinética de
cristalización isotérmica de la
polieteretercetona (PEEK). Los
compuestos de polietereterceto-
na se reforzaron con cantidades
peso), fueron mezclados desde
el fundido en una extrusora y
posteriormente moldeados por
inyección. Se realizaron ensayos
mediante la técnica calorimetría
diferencial de barrido (DSC). Los
-
mentar la velocidad de cristali-
zación de la fase cristalina del
PEEK, sin afectar el mecanismo
de nucleación, siendo más acusa-
do en los sistemas que contienen
su tamaño nanométrico.
* Ing. Metalúrgico, Ph.D.,Profesor asociado, Facultad de Ingeniería, Investigador Grupo (GIMUP). Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia,
[e-mail]
** Ing. Químico, Ph.D.,Profesor titular. Facultad de Ingeniería, Investigador Grupo (GIAAS). Universidad de Pamplona, Pamplona, Colombia,
[e-mail]
*** Lic.Química, Ph.D.,Profesor titular, Facultad de Ingeniería, Investigador Director Grupo(BMTP). Universidad del País Vasco-(EHU-UPV), Bilbao, España.
[e-mail]
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GRYELDGHUERQR\DFW)GHLDV2EUDUQR?VQDHXH)QPF-L+DHLGHWOODUVGX?QEUDV\GHGHHFLDLUERQRD0iTXLDEUO(FLSWQFFUHyQDFXEUH?QRLDHDHOR)DHOFVKDUGHHUH\FHSF&L1yQ&6HSWGHLEUHHPFEUHR'XOQD1R?QO)HHRPFOKDGH?cinética de cristalización de la polietertercetona
Palabras clave: Materiales -
- cionada directamente con tamaños
bono, cinética de cristalización. longitud/diámetro (l/d) y por tanto,
estas dos magnitudes representan Abstract
In this research work, the
con respecto a los macro y micro-
-
compuestos. Como consecuencia de
-
(CNF) on isothermal crystalliza-
bras de carbono ofrecen dentro de
tion kinetics of polyetherether-
la matriz polimérica una mayor área ketone (PEEK) thermoplastic
interfacial por unidad de volumen y
matrix was studied. Polyethe-
retherketone composites were
contacto entre el polímero y la fase
inorgánica.[4]
carbon nanofibers. The com- Actualmente se registran en la
posites, were prepared by melt literatura varios trabajos de inves-
blending in a twin-screw extruder tigación de compuestos de matriz
followed by injection molding.
Differential scanning calorimetry a escala nanométrica, como estudio
(DSC) revealed that the additions
los cambios en la estructura crista-
in the rate of polymer crystalliza- lina, principalmente durante la fase
tion of PEEK with no change in de fabricación.[5,6]
the nucleation mechanism. The
La polieteretercetona (PEEK)
es un termoplástico semicristalino
bets because of their nanometer
de alto rendimiento, empleado en
size.
ingeniería, que ofrece una com-
Keywords: Materials com- binación única de excelentes pro-
- piedades mecánicas, térmicas y de
tics of cristallization resistencia química, además de una
buena estabilidad dimensional a
elevadas temperaturas.[7] Resulta Introducción
un excelente material para una gran
Debido a su elevada resisten- variedad de aplicaciones estructu-
cia mecánica y sumada a su baja rales en sectores de alta tecnología
como el aeroespacial, que incluyen
han convertido en un material de componentes de aeronave reempla-
refuerzo por excelencia para mate- zando partes de aluminio, el sector
riales poliméricos al incrementar las de automoción en componentes
propiedades mecánicas de resinas que requieren notables propiedades
poliméricas tanto termoestables tribológicas como los engranajes,
como de tipo termoplástico.[1] así como en los sectores nuclear,
químico y eléctrico. Durante los últimos años se
ha dedicado un gran esfuerzo por En el presente trabajo de in-
vestigación, se ha llevado a cabo
carbono cortas y en especial de las un análisis comparativo de los
- materiales compuestos reforzados
-
no, sobre los cambios estructurales carbono tradicionales (FC) y con
relacionados con la fase cristalina
matriz termoplástica de PEEK, con
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U]QUDLXULOQHEXORQ&UH)H1RVRRSOQSRDEVUDXHFGHHRGPVVDQUFEFV,Q?RHEURPFKUDDQGXEULWZ?WRUVKRUWERFQQRLEURDFFVEHQJGIVDDRVULED?LWQRFFORDFDLpWPVRUWiEUDOSLRHPIUHL?L%OOGLVLH5DIHyQGHDVHVLIXH?REUHDLE5DDyQRDFHDLH?URVR5DQyQ6WUDDXiFLLDFVQR?GH?UEREUDV&UGHUERQKRUWFDDFUERQRUVHHDROHGHGHWVRRVDQFQUHLGHQFDUHDDHVRHGHHFR'DQD1R?UERQHQDOQR?QEHQUGHVVKRZFHWGURPUHLVXODWFVV?SRVFLWWHZVGFFRDQUERQGHQDOQR?EHQ?UQFDNLGHGHGHFHULOFHU?FXSHRVDDOEUDURUDMU]HVPQUJXHVLHRQV?FQQHQ6QHEDV?DUEHVGTXHDOEDQHD?RFpLUHFQFVLDRQRFGHGDORPDQDEUD?EUDDHGQDORV)FVRPHSXH?VDWRVVGGLHRIVWWIHiHDUHOGDVHUQ?OQRVQQDRQRFORPWSXHUPViWWRVF>@EHXHQHL?GHFIXHLRVRVWSRFVUERQRVQR?QOQDVVXDPOFRFHULPWLpLQRPLQD-xRD0iTXLD\PEUD+W(XWDPFUDPUERQ9?OEUHQFVD-DFQGSWRIPF9DOUERQQF?DEH-UpGHPQVDLVGD2G]Ocinética de cristalización de la polietertercetona
tamaño en la cinética de cristaliza- mezcla con PEEK puro, dio lugar a
ción de la polieteretercetona. los compuestos PEEK + FC.
Los composites de PEEK refor-Materiales y métodos
-
Las nanofibras de carbono no se prepararon en una extrusora
(NFC) empleadas en el estudio Brabender Plasticolder PL 2000. Se
fueron suministradas por el Gru- elaboraron compuestos de PEEK
po Español Antolín S.A. Están reforzado con fibras de carbono
constituidas por redes hexagonales micrométricas y nanométricas en
de átomos de carbono enrollados
en espiral que forman cilindros 5% en peso). La preparación de los
concéntricos. Su forma presenta la composites se llevó a cabo en una
típica estructura conocida como de
-
oscilan entre los 40-400 nm y longi- friaron en el molde utilizando agua
como medio de refrigeración. Los
excelentes propiedades mecánicas análisis de Calorimetría Diferencial
con valores de Módulo de Young de Barrido (DSC) se realizaron en
alrededor de los 200 GPa. En la un DSC 2920 de TA Instruments, a
Figura 1 se representa la estructura una velocidad de calentamiento de
típica de la NFC mediante la técnica 10 ºC/min y bajo condiciones de
de microscopía de fuerzas atómicas. atmósfera de Argón.
La matriz de polieteretercetona
Resultados y discusión(PEEK) utilizada fue un grado Vic-
trex 450G, suministrada en forma
Calorimetría diferencial de
de granza por VICTREX® High
barrido (DSC)TMPerformance PEEK Polymers.
La Figura 2 recoge las diferen-Este polímero aromático lineal es
tes transiciones térmicas obtenidas semicristalino, con una temperatura
en el DSC para el PEEK puro (sin
refuerzo) tras ser moldeado por y una temperatura de fusión (Tm)
inyección. Se observa una tempe-
ratura de transición vítrea (Tg) en
a) b)
Figura 1.
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GHRGHHVVGHDVPDUDWWVOHIXHXXOPOGVGLD?/GtV&yQW?DUERQRVEURPDUT+TXHWEDRUFHDWDHi00HRUDPW7FHQ\HUVLHEUDQDRUQRDTXLLiWP\FOVQVSRQHHLVSURSRUFWEUDVHPQWFUHOIHDGLHRLEURDFRQHH$GFVWDGHUOE)?ItRDQFDQVQOiVURGHDQDUGHEQ?RVXHQGHRRVFSRFQORMGODGH]HXR'VQD1R?HHOWQ?DLGDHPDHXHXXTHXLXi?UDGHyQ6URV5DHRVi?RQQE~PHDHyQ5DLLQDX?QLHODUyQU5DOLYGLH%OW,PLJHOVLXW)DH7VSLDGDVLUXFUWXUDSDEDE~GHGHD1V&EHRSRJUDODDOULVHFWLDUDPYHDRVGHOGLPGHWUROQWVHQR?'V&F?UERQRHWOGHQP&,Q??QFDUHGHU]JGH7LDDRHUHDWHYtEyQLHFLHQVPUDLWLLGH-QD0iTXLH\HEUV+R(3L]DyP3U(P(9.OQFD)-&FGSWHP9JOUQFDDG-RpPDV2&]$cinética de cristalización de la polietertercetona
Los resultados obtenidos en
el DSC con relación al grado
de cristalinidad del PEEK y sus
diferentes porcentajes de carga
-
to en la fracción cristalina para
contenidos de fibras entre 0,6% y
para las fibras micrométricas de
carbono. Sin embargo, es más
pronunciado para el sistema con
-
mente por su tamaño nanométrico
contribuyen al alineamiento de
las cadenas cristalinas del PEEK.
Mientras tanto, para contenidos 0 50 100 150 200 250 300 350 400
Temperartura (ºC)
descenso de la cristalinidad del
Figura 2. Transiciones térmicas del PEEK puro después del moldeo por inyección. PEEK.
En el caso de los compuestos Los resultados de la fracción
con nanofibras de carbono este cristalina obtenidos en el DSC en el
descenso en la fracción cristalina rango de temperaturas de 25ºC hasta
- se puede explicar por la presencia
de aglomerados que obstruyen puestos PEEK/NFC y PEEK/FC.
el crecimiento de las esferulitas. Los valores de la fracción cristalina
para las diferentes formulaciones Mientras que, para el sistema con
son obtenidos tras el tratamiento
de térmico de recocido a 220 ºC
a la difusión de la cadena, lo cual
la estructura cristalina del PEEK. de gran tamaño.

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