Estudio para el desarrollo y optimización del espumado de policarbonato con agentes de siembra en el proceso de inyección

1 CD-ROMEl presente trabajo aborda el desarrollo experimental para obtener piezas inyectadas espumadas en policarbonato (ver anexo 10.1.1), con características de alta densidad de espuma, mediante la incorporación de agentes nucleantes, tales como cargas inorgánicas y/o nanocargas. Con lo anterior, se busca implementar un proceso alternativo de espumado por inyección, el cual sea mas económico que los procesos comerciales, los cuales requieren una gran inversión en equipos. Se comenzó con un estudio del estado del arte del espumado por el proceso de inyección, para identificar las diferentes metodologías y tecnologías existentes. Con este estudio, se determinaron el tipo de agentes espumantes y nucleantes que pueden ser empleados como agentes de siembra, para estimular el crecimiento de celdas durante el proceso de inyección y obtener así piezas de alta densidad de espuma. Igualmente, se determinaron las condiciones de proceso de inyección, que favorecen el espumado de las piezas, así como otros procesos previos a la inyección, tales como la preparación del material, el cual implica la incorporación de cargas (agentes nucleantes) y el agente espumante. Para la incorporación de las cargas o agentes nucleantes en el material de policarbonato, se empleó una extrusora doble husillo (ver anexo 10.2.1Extrusora doblehusillo.), con la cual es posible obtener la concentración requerida de carga en el Policarbonato con una adecuada dispersión. Como agente nucleante, se evaluaron nanocargas de SiO2 (ver anexo 10.1.3Agente Nucleante.) de tamaño promedio 16 nm. Posteriormente, se implementó y optimizó el proceso de absorción de agente espumante, en donde las variables del proceso evaluadas (presión y tiempo de absorción), permitieron obtener una adecuada retención del agente físico espumante en el Policarbonato (material granulos – pellets) y en el agente nucleante , de tal forma, que la velocidad de desorción del agente físico espumante de los pellets de Policarbonato fuera lo suficientemente lenta, para permitir el posterior proceso de inyección del Policarbonato en una ventana de proceso y tiempo amplia. Se hizo el diseño y fabricación de un recipiente a presión (ver anexo 10.2.2Recipiente a presión para la absorción del CO2.), para la absorción directa del agente espumante en los granulos de Policarbonato. Como agente físico espumante se empleó el CO2 (ver anexo 10.1.2), que permite una rápida difusión en la matriz polimérica de policarbonato en estado sólido (Pellets). En el proceso de inyección, se evaluaron diferentes condiciones de proceso para tres moldes con geometrías diferentes (ver anexo 10.2.1Moldes de inyección.). Los moldes de inyección empleados fueron un molde de probetas de impacto, un molde de probetas de tensión y un molde prototipo que se puede adecuar para inyectar diferentes espesores y restricciones en los puntos de inyección. Las variables de proceso evaluadas fueron velocidad de inyección, temperatura de molde y porcentaje de agente espumante (CO2). A través de la evaluación de las condiciones de proceso de cada molde de inyección, se encontró la importancia de considerar el volumen de inyección, así como la correcta definición de la contrapresión en la unidad de plastificación. La contrapresión fue una variable clave para permitir una adecuada mezcla del CO2 en la masa fundida, de tal forma que fuera posible obtener una solución única de la matriz polimérica fundida con el CO2, proveniente de los pellets de policarbonato acondicionados previamente en el recipiente de alta presión. Establecidas las condiciones del proceso de inyección que favorecen el espumado, se prosiguió a inyectar espumas con el agente nucleante, lo cual permitió mejorar la morfología de las espumas (tamaño de celda pequeño y densidad de celda alto). Las morfologías se verificaron mediante análisis de microscopia. Adicionalmente, se midió la densidad del material de las piezas inyectadas espumadas. Con este valor es posible obtener una densidad relativa con respecto al material compacto sin espuma. Los procesos de absorción-desorción de CO2, inyección y evaluación de propiedades se hicieron de igual forma con piezas inyectadas espumadas sin agentes nucleantes. De esta forma, se tuvo un comparativo entre material compacto y material espumado (con y sin agente nucleante). Adicionalmente al alcance definido inicialmente en este proyecto, se realizaron mediciones de propiedades de resistencia al impacto y tensión, para estudiar la relación de la morfología de espuma y la densidad final del material en estas propiedades.1 Resumen -- 2 Justificación -- 3 Objetivos -- 4 Conceptos básicos -- 5 Estado del arte -- 6 Resultados y discusión -- 7 Conclusiones y recomendaciones -- 8 Lista de símbolos y abreviaturas -- 9 Bibliografía -- 10 Anexos: Materiales empleados en el espumado -- Equipos empleados en el espumado -- Determinación de la concentración de CO2 en el policarbonato -- Índice de figuras -- Índice de tabla