espumados supercriticos actualizado
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ESPUMADO SUPERCRITICO
Presentado a:
Dr. Omar Estrada
Presentado por:
Juan RodriguezJuan Betancur NoreñaJorge Riascos
Material Celular PoliméricoUn material celular polimérico consiste en una estructura de dos fases: una fase sólida continua y una fase gaseosa que puede ser continua o discontinua
Clasificación• Agentes Espumantes Químicos (CBA)
• Agentes Espumantes Físicos (PBA)
Comparación PBA vs CBAPBA CBA
Bajo Costo Alto CostoEspumados de baja densidad
Espumados de alta densidad
Fácil de reciclar Difícil reciclarlosNecesita experticia del operario
Fácil de usar
Inerte en algunos casos
Fluido supercríticoTemperatura y presión se encuentran por encima de su punto críticopoder solvente similar a los líquidos. Sinembargo, al contrario que los líquidos, son mucho más compresibles y tienen mejorespropiedades de transporte (viscosidad, difusividad, conductividad térmica, etc.)
Fluido supercrítico
Se evitan los clorofluorocarbonos por su efecto en la capa de ozono
CO2 supercríticoTemperatura y presión critica en el caso del CO2 es de 31 °C y 7.38 MPa.
En el estado supercrítico, un material se hace denso como un líquido, pero manteniendo la habilidad de fluir casi sin viscosidad ni tensión superficial tal como se comporta un gas.
CO2 supercríticoEsto hace que su solubilidad en el polímero aumente significativamente disminuyendo la temperatura de transición vítrea (Tg) del polímero en el que se disuelve el gas y actuando como un plastificante, también disminuye el punto de fusión y la viscosidad del fundido
Solubilidad en el Polímero
Viscosidad
Como funciona el sistema1. SATURACIÓN DEL POLÍMERO
Tiempo t, Temperatura T
Presión P
2. DESPRESURIZACIÓN dP/dT
Estado supersaturado e hinchamiento
Separación de la Fase RT, Presión Atmosférica
3. Espumado controlado por dP/dT
Tg
Mejora el flujo en el Proceso de Inyección
0
50
100
150
200
250
300
0 -20 -30 -40
Temperature Reduction / C
Flo
w len
gth
: T
hic
kn
ess
With CO2
Initialconditions,withoutCO2
Teoría de Nucleación HomogéneaTras el proceso de nucleación, cada núcleo debe superar una barrera de energía para convertirse en una celda (barrera de la energía libre de Gibbs, Δ ). El radio al que las celdas 𝐺nuclean de forma homogénea (N0) viene dado por la siguiente ecuación :
Teoría de Nucleación HomogéneaΔ es la barrera para la energía libre de Gibbs 𝐺para la nucleación homogénea que viene dada por la ecuación:
Donde ΔP es la diferencia de presión entre la burbuja y el polímero y γbp es la tensión superficial del polímero en presencia de CO2
Espumas Microcelulares
Variables• Solubilidad del agente esponjante en el
polímero• Datos viscoelásticos
(Densidad del Fundido/Resistencia del fundido
• Diseño del Tornillo• Diseño del dado
Otros factores importantes…• Presión (Inyección, Dado)• Mezclado• Tiempo de Residencia• Esfuerzo de Corte• Tensión Interfacial• Coeficiente de difusión
En general…La rata de expansión, diametro promedio del poro y la densidad del espumado son controlados por los siguientes parámetros: Temperatura del materialantes de la caida de presión, temperature del dado, velocidad del tornillo y contenido de CO2 Cambiando estos parámetros podemos controlar la estructura del espumado.
Extrusión con espumado supercritico
Extrusión con espumado supercrítico
Bomba inyección ScCO2
Funcionamiento
Tornillo para espumado ScCO2
• Se necesitan sellos dinámicos• Zona de transporte después de la inyección• Temperatura de proceso debe mantenerse
baja• Elementos de mezclado distributivo
Perfil Espumado
Perfil Espumado
Peletizado
Esferas espumadas de 0,5 mm
Efectos en la Viscosidad de algunos polímeros
Polimero Nivel CO2
(wt%)ViscosidadReducción
(%)Poliestireno 0.4 7.0
Poli Metil Metacrilato
2.9 18.2
Policarbonato 3.6 55.4Polietileno 2.4 15.3
Polipropileno 3.4 17.5
Extrusión con espumado supercrítico
*Cambios se comparan con un polimero no espumado 0% CO2
0
10
20
300.68wt% CO2 0.65wt% CO2
0.6wt% CO2 0.58wt% CO2
0.68wt% CO2 27.1 21.4
0.65wt% CO2 23.1 18.6 18.9
0.6wt% CO2 17.9 17.1 17.6
0.58wt% CO2 15.4 15.2 12.2
Pressure reduction (%)
Motor currentreduction (%)
Output rateincrease (%)
Ventajas• ScCO2 Funciona como un plastificante durante la
extrusion del polímero influenciando las propiedades del product final.
• Beneficios de la extrusion asistida con ScCO2 :– Menores temperaturas de proceso – Disminuyen las presiones en el dado– Se facilita el proceso de Polímeros muy viscosos – Incrementa la Productividad– Se reduce el consume energetico
• Reduce los efectos de degradación en Polímeros muy sensibles termicamente
Tendencias : Foam hot melt extrusión
En este trabajo, se investigó la formación de espuma de EVA con dióxido de carbono supercrítico, la influencia de las tasas de presión, la temperatura y la descompresión en la morfología de espuma.
Además, se midió la sorción , comportamiento de hinchamiento y las velocidades de difusión de dióxido de carbono supercrítico en el EVA.
Tendencias : EVA espumado ScCO2
Tendencias : Espumado microcelular
Tendencias : Nanotecnología• Processing of Polymer Nanocomposite Foams
in Supercritical CO2
• Extrusion of Polypropylene/Clay Nanocomposite Foams
• Processing of Polymer Nanocomposite Foams in Supercritical CO2
• Foams Based on Starch, Bagasse Fibers, and Montmorillonite
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