Relación estructura-propieddes en placas y láminas de polipropileno y copolímeros en bloque etileno-propileno obtenidas por diferentes procesos de transformación.

Abstract

En esta tesis doctoral se analiza la estructura y morfología inducida en láminas y placas delgadas obtenidas por distintos procesos de transformación. Éstas placas y láminas se prepararon en distintos espesores utilizando cuatro materiales en base polipropileno: un iso-polipropileno homopolímero y tres copolímeros en bloque etileno-propileno (EPBC) con varios porcentajes de etileno. <br/><br/>Los procesos de transformación que se han empleado han sido los siguientes: moldeo por inyección (placas de 1, 2 y 3 mm de espesor), moldeo por extrusión (láminas de 0.5 y 1mm de espesor) y moldeo por compresión (placas de 1 y 2 mm de espesor). Algunas placas inyectadas y láminas extruidas fueron sometidas a un tratamiento térmico de recocido a fin de alterar las estructuras y morfologías, persiguiendo una mayor homogeneidad de las mismas. <br/><br/>Las características morfológicas y estructurales de las placas y láminas se evalúan mediante microscopía con luz polarizada (MLP), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y difracción de rayos X a grandes ángulos (WAXS). Las propiedades mecánicas se determinaron mediante ensayos normalizados de tracción, tanto en la dirección paralela al flujo de fundido, como en la transversal al mismo (MD y TD, respectivamente). El comportamiento a fractura se evaluó aplicando la mecánica de la fractura post-cedencia, que es la describe el comportamiento a fractura de estos filmes y láminas de plástico, mediante la técnica del trabajo esencial de fractura (EWF). El método EWF se aplicó en probetas de doble entalla agudizada (DDENT) tanto en MD como en TD. Las superficies de fracturas se observaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM).<br/><br/>Los resultados experimentales y su discusión se centran en investigar las relaciones entre estructura y propiedades (en MD y en TD) en función de las siguientes variables: proceso de transformación, material (contenido de etileno), tratamiento de recocido y espesor de las placas y láminas. Se concluye que estas variables afectan a cuatro parámetros (velocidad de enfriamiento, tensión de cizalla, comportamiento reológico y capacidad de cristalización) que son las responsables de las morfologías inducidas en el proceso de transformación y finalmente, de las propiedades mecánicas y a fractura de las placas y láminas<br/><br/><br/><br/>También se han preparado sistemas multicapa (de dos y tres capas) de 0.5 mm de espesor total, combinando estos mismos materiales mediante coextrusión plana. La estructura de estos sistemas se analizó mediante MLP y WAXS. Así mismo, se determinaron las propiedades mecánicas y a fractura en MD y en TD, destacando la aplicación del método del trabajo esencial de fractura de forma satisfactoria en algunos sistemas. Concluyendo este análisis, se propone una serie de condiciones que deben cumplir los sistemas multicapa para que sus propiedades a fractura puedan ser analizadas mediante EWF.

This thesis analyzes the structure and induced morphology of sheet and thin plaques obtained by different transformation processes. The sheets and plaques were prepared in different thickness using four polypropylene - based materials: an isopolypropylene homopolymer and three ethylene-propylene block copolymers (EPBC) with different ethylene content.<br/><br/>The transformation processes used to prepare the sheets and plaques were the following: injection moulding (thicknes of 1, 2 and 3 mm), extrusion - calendering (thickness of 0.5 and 1 mm) and compression molding (thickness of 1 and 2 mm). Some injected plaques and extruded sheets were also submitted to and additional annealing step in order to cause morphological changes and a more homogeneus structure. <br/><br/>The structural and morpholigical charachteristics were evaluated by polarized light microscopy (MLP), differential scanning calorimetry (DSC) and wide angle x-ray scattering (WAXS). The mechanical properties of the sheets and plaques were determined with normalized tensile tests, performed parallel to the melt flow and transverse directions (MD and TD, respectively). The fracture properties were evaluated using the post-yielding fracture mechanics, which best describes the fracture behaviour of plastic film and thin sheets, with the essential work of fracture (EWF) technique. The fractured surfaces were observed with scanning electron microscopy (SEM).<br/><br/>The discussion of the experimental results is focused in investigating the structure - properties relationships in both testing directions (MD and TD), as a function of the following variables: transformation process, material (ethylene content), annealing treatment and thickness. It is concluded that those variables affect to four processing parameters (cooling rate, shear stress, rheological behaviour and crystallization) which are responsible for the processing induced morphologies and, therefore, for the final mechanical and fracture properties. <br/><br/>Additionally, different multilayered systems (composed of two or three layers) combining the above mentioned materials were prepared by plane coextrusion, being the total thickness of the system equal to 0.5 mm. The structure of such systems was analyzed using MLP and WAXS. The tensile properties were evaluated, standing out the applicability of the EWF method to evaluate the fracture behaviour in some systems. It is proposed some prerequisites that the multilayered systems should fulfil so the EWF method can be applied to describe properly the fracture properties.