Caracterización y estudio comparativo de materiales celulares poliméricos obtenidos mediante moldeo por inyección con espumación física o química

Abstract

En el presente trabajo se analizan las estructuras celulares de espumas poliméricas inyectadas a través de los métodos de espumación física o química. Como polímero base para el estudio preliminar de moldeo por inyección de espumación química se ha seleccionado el estireno acrilonitrilo (SAN. Para la segunda etapa se seleccionaron el polietielen tereftalatoglicol, PETG y el etileno-propileno copolímero en bloque EPBC para estudiar las estructuras celulares obtenidas por moldeo por inyección tanto por medio de espumación física, Mucell ®, como a través de espumación química. Los parámetros de proceso de inyección elegidos como variables de estudio han sido la temperatura de inyección, temperatura de molde, velocidad de inyección y el porcentaje de gas. En función del tipo de estudio se han seleccionado distintas geometrías (halterio tipo 1A y/o placa de 100 mm por 100 mm por 5 mm de espesor). La caracterización de la morfología celular se llevó a cabo mediante SEM y microscopía óptica. En algunos casos se llevó a cabo una caracterización térmica mediante DSC y DMTA. La caracterización mecánica se realizó a través de ensayos de tracción y flexión y la caracterización a fractura mediante ensayos con geometría Charpy. Finalmente se efectuó el estudio de la presión en el interior de la cavidad en inyección por espumación física. Como conclusiones generales se observa que a través de espumación física se obtienen estructuras celulares más finas con tamaño de celda menores a 50 μm pero con mayor anisotropía celular a lo largo de la pieza en comparación con las obtenidas por espumación química. Las estructuras obtenidas por espumación química presentan mayor homogeneidad, con celdas en torno a los 50 μm y densidades celulares similares a las obtenidas por espumación física. Todas las muestras presentan una estructura piel/núcleo cuyo ratio se ve afectado por las condiciones de proceso y afecta a los valores de las propiedades mecánicas y a fractura evaluadas.

In the present work the cell morphologies and mechanical properties of chemically and physically injection molded polymer foams were analyzed. For a preliminary stage using chemical foaming agents, styrene acrylonitrile (SAN) was selected. For the second stage poly (ethylene terephthalate-co-1,4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate) (PETG) and an ethylene propylene block copolymer (EPBC) were used to study the cellular structures produced using a chemical foaming agent and the physical foaming Mucell® process. The injection molding parameters selected as study variables were: injection temperature, mold temperature, injection speed and the gas concentration. Depending on the type of study, two different geometries were selected (ISO tensile specimen and/or 100 mm x 100 mm x 5 mm squared plate). Foam morphology characterization was performed using SEM and optical microscopy. In some cases, DSC and DMTA analyses were used for thermal characterization. Mechanical characterization was performed using tensile and flexural tests while fracture behavior was characterized under Charpy impact mode. Finally a mold cavity pressure study was conducted during the physical foaming process. As general conclusions, it has been observed that even though physical foaming with Mucell® is capable of producing finer cell structures, with cell sizes smaller than 50 μm, such structures exhibit a higher degree of anisotropy along the melt flow in the mold cavity than those obtained using chemical foaming agents. Cell structures obtained through chemical foaming present a higher degree of uniformity, with cell sizes in the range of 50 μm and cell densities similar to those obtained through physical foaming. All samples exhibit a skin/core structure whose ratio is influenced by processing conditions, affecting its mechanical properties and fracture behavior.