Análisis DMA del PC

Los resultados de la prueba DMA para el PC son mostrados a continuación:

Figura 1.Resultados gráficos de la prueba de DMA para una muestra de PC. Fuente: GIP (Grupo de investigación de polímeros)

Se graficó: 𝐸´ (Módulo de almacenamiento),E´´ (Módulo de perdida), E* (Módulo complejo) y

tan(𝛿). El módulo de almacenamiento se relaciona con la cantidad de energía que puede

almacenar un material sin llegar a deformarse, el módulo de perdida se relaciona con la con la

capacidad que tiene el material de disipar energía y tan(𝛿) proporciona información sobre qué

tan viscoso o que tan elástico es el material.

Hay varios métodos para determinar la Tg en DMA :Leyendo el pico de la curva tan(𝛿),el inicio de

la caída de E´ y el pico de E´´.Los valores obtenidos por los diferentes métodos pueden diferir hasta

25°C uno del otro en la misma corrida.(Ver figura 2)

Figura 2.Métodos para determinar la temperatura de transición vítrea en DMA.

Fuente:Dynamic Mechanical Analysis.Kevin P. Menard.Segunda edición.Pág 106.

Las transiciones son causadas por movimientos moleculares y por los cambios en el volumen libre,

los cuales definen como se comportara un polímero a cierta temperatura. A medida que el

volumen libre de los segmentos de cadena aumenta, la habilidad de moverse en varias

direcciones aumenta y por ende también aumenta la movilidad a ambos lados de la cadena.

Existen diferentes temperaturas de transición :𝑇𝛿 , 𝑇𝛾 , 𝑇𝛽 𝑦 𝑇𝑔 (Ver figura 3).Las primeras

transiciones son causadas por pequeños movimientos moleculares(Ver Figura 4),pero la transición

vítrea del material ocurre cuando el calentamiento continua y el volumen libre aumenta lo

suficiente como para que las cadenas de la región amorfa comiencen a moverse. Finalmente si se

continúa el calentamiento el material alcanza la temperatura de fundición ,𝑇𝑚, la cual ocurre

cuando hay un desplazamiento de las cadenas a gran escala.

Figura 3.Transiciones que se pueden presentar en diferentes tipos de materiales en un análisis por

DMA.

Fuente: Fuente:Dynamic Mechanical Analysis.Kevin P. Menard.Segunda edición.Pág 100.

Figura 4.Movimientos moleculares.

Fuente : Fuente: Fuente:Dynamic Mechanical Analysis.Kevin P. Menard.Segunda edición.Pág 98.

En la figura 1 se observa:

El módulo de almacenamiento (Storage modulus) no presenta ninguna transición antes de

la transición vítrea (Tg=145°C),la cual finaliza cerca de los 165°C.En esta grafica también se

puede observar una zona ,en la cual el modulo decae y vuelve a aumentar, este aumento

es la zona de curado del material ,la cual se presenta en un rango aproximado de 170° C a

185° C (Ver figura 5).Esta gráfica permite conocer en rango de temperatura en la cual se

puede utilizar el material (temperaturas menores a la Tg) : De 80 °C a 140 ° C (Se debe

tener en cuenta que la prueba se realizó comenzando en una temperatura de 80°C ,por lo

cual se desconoce el comportamiento de la muestra por debajo de esta temperatura).

El módulo de perdida(Loss Modulus),presenta un pico, en una temperatura cercana a la

cual E´ decae. Lo cual indica que en ese rango de temperaturas el material deja de

almacenar energía ,entonces la disipa al medio deformándose plásticamente. En el pico de

E´´ también se puede medir un valor aproximado de la Tg (150 °C).

El factor de pérdidas (tan(𝛿)),inicialmente es prácticamente nulo hasta una temperatura

aproximada de 145°C,después presenta un pico en una temperatura de 157°C

aproximadamente ,la cual es la temperatura de transición vítrea .Al inicial la

caracterización el E´ era muy grande comparado con el E´´ ,por esto el valor de tan(𝛿) es

tan pequeño,pero cuando E´ decae y E´´ aumenta ,el valor de tan(𝛿) aumenta. Además en

una temperatura de 170°C comienza nuevamente a aumentar el valor del factor de

perdidas ,esto ocurre debido a que el PC es un material higroscópico (tiene afinidad por el

agua ) y absorbe humedad dentro de su estructura molecular, entonces en esa zona

ocurre la cristalización del material amorfo y la perdida de humedad.(Ver figura 6).

Figura 5. Grafica del módulo de almacenamiento contra la Temperatura donde se observa

la zona de curado del material.

Fuente:Manufactura,ingeniería y tecnología.Serope Kalpakjian.Cuarta edición.

Figura 6.Gráfica del factor de pérdida contra la temperatura para un material amorfo y

uno cristalino.

Fuente: MA 8000: Dynamic Mechanical Analyzer. PerkinElmer.

Comparación de resultados

El PC comercial tiene una Tg de 150°C y un Tm de 265°C.Entonces de los resultados

obtenidos no se alcanza a observar la zona de fundición del material ,ya que la prueba solo

se realizó hasta una temperatura de 200°C.De los métodos para calculas la Tg ,el valor que

estuvo más cercano al PC comercial fue valor calculado con el módulo de perdida ,aunque

los calculados con los otros métodos no difieren por más de 10°C.Generalmente el

método que más se utiliza es el cálculo de Tg mediante el factor de pérdida. Entonces el

valor de la temperatura de transición vítrea obtenido en la práctica es 157°C.

Comparando los resultados de la practica con el artículo : The glass transition temperatura

of glassy polymers using dynamic mechanical analysis.Ernesto L. Rodríguez.

Figura 7.Resultados de DMA para PC en el artículo.

*Las condiciones de operación del equipo fueron las mismas tanto en el artículo como en la

práctica de laboratorio. Excepto que ellos comenzaron desde temperaturas inferiores a 80°C el

análisis.

En los resultados del articulo logran detectar media transición 𝛽 a temperaturas por debajo de -

100°C y finaliza cerca a los -18°C.El valor de Tg fue medido utilizando el factor de perdida, tan(𝛿),

con un valor de 159°C. La pérdida inicial en el E´ocurre a 148 °C y finaliza cerca de 170°C.El pico de

E´´ se presenta en una valor de 150°C .

Articulo

Grafica Temperatura [°C]

E´ 148-170

E´´ 150

𝐭𝐚𝐧(𝜹) 159

Tabla 1.Resultados DMA para PC ,obtenidos del artículo . Fuente :Autor.

Practica

Grafica Temperatura [°C]

E´ 145-165

E´´ 150

𝐭𝐚𝐧(𝜹) 157

Tabla 2.Resultados DMA para PC ,obtenidos de la práctica . Fuente :Autor.