tecnologia de materiales plasticos reologia de polimeros estudio de la viscosidad
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TECNOLOGIA DE MATERIALES PLASTICOS
REOLOGIA DE POLIMEROS
ESTUDIO DE LA ESTUDIO DE LA VISCOSIDADVISCOSIDAD
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MATERIA PRIMA POLIMERICA OBTENIDA
PROCESAMIENTO
PRODUCTO O ARTICULO FINAL
1. FUNDIDO
2. FORMADO
3. SOLIDIFICACION
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La mayoría de las Etapas del Proceso, involucran el FLUJO
DE POLÍMEROS EN ESTADO LIQUIDO
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Para el Estudio del Flujo de los Polímeros Plastificados es
necesario recurrir a la REOLOGIA DE POLIMEROS,
ya que por intermedio de la misma se pueden analizar y
entender las PROPIEDADES DE FLUJO DE LOS POLÍMEROS
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PROPIEDADES DE FLUJO DE LOS POLIMEROS
• EXTRUSION
• INYECCION
• TERMOCONFORMADO
• MOLDEO
Permite entender los Procesos de los Materiales Plásticos, tales como:
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REOLOGIA
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REOLOGIA: Es la Ciencia que estudia el Flujo y la deformación
de materiales.
PARA PROCEDER A ANALIZAR REOLOGICAMENTE UN FLUIDO, ES NECESARIO, CONOCER QUE
EXISTEN DIVERSOS EXISTEN DIVERSOS PARÁMETROS REOLÓGICOSPARÁMETROS REOLÓGICOS
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PARAMETROS REOLOGICOS
• VISCOSIDAD
• TENSION DE CORTE
• TRACCION
• FLEXION
• TORSION
• COMPRESION
• EFECTO DE CIZALLA
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VISCOSIDAD:La característica que describe la resistencia interna de un líquido para fluir se denomina viscosidad.
Generalizando, podemos decir que :
la viscosidad describe la
resistencia de los materiales a fluir
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La viscosidad es un factor importante en el Transporte de
Resinas, la Inyección de Plásticos en estado líquido y en la obtención de dimensiones críticas de formas
extruídas.
CUANTO MÁS LENTO FLUYE EL LÍQUIDO,
MAYOR ES SU VISCOSIDAD.
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VISCOSIDAD = shear stress / shear rate
shear stress: Fuerza por unidad de área usada para mover un material.
shear rate: Gradiente de Velocidad en el Flujo de materiales
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DISTINTOS TIPOS DE VISCOSIDAD
• Viscosidad Aparente• Viscosidad Cinemática• Viscosidad Absoluta: siendo ésta última
posible de medir con los viscosímetros con los que cuenta nuestra Facultad; viscosímetros marca Brookfield; tipos :LVDV-III ( para bajas viscosidades; 1cp a 2M cp) Y HBDV-III ( para altas viscosidades; 800 cp a 3200M cp)
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TABLA DE CONVERSION DE VISCOSIDAD
1 cp = 1 mPa * s
1 P = 100 cp
1 Pa * s = 1000 mPa * s
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Los Viscosímetros con los que se cuenta, determinan la viscosidad a partir de determinar el torque requerido para rotar un elemento ( aguja) sumergido en un fluido. El porcentaje de torque que indica el equipo, es la Resistencia del material a fluir .
Cada combinación de (velocidad – aguja ) brinda un rango de medición
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Es importante tener en cuenta que la viscosidad puede ser
determinada de distintos modos, y es por ello que existe gran diversidad de Equipos,
basados ellos en distintos principios; y por lo tanto la
viscosidad también puede ser determinada de otras maneras,
tal como:
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VISCOSIDAD DE TRACCION
nDeformació de Velocidad
Tracción de Esfuerzo
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PARA LA MAYORÍA DE LOS PARA LA MAYORÍA DE LOS FLUIDOSFLUIDOS
3 INCLUSO LOS POLÍMEROS FUNDIDOS CUMPLEN
CON ESTA CONDICION
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26
T mN
10 Fluídos Pol.
29
T mN
10 Sólidos Pol.
Los Polímeros se caracterizan por poseer, de modo aproximado los
siguientes valores de Resistencia a la Tracción
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PERO.... A PESAR DE TODO LO VISTO, Y PARA PODER COMPRENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS DISTINTOS POLÍMEROS, ES NECESARIO SABER DE LA EXISTENCIA DE LOS DISTINTOS TIPOS DE FLUIDOS EXISTENTES
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DISTINTOS TIPOS DE FLUIDOS
NEWTONIANOS
NO NEWTONIANOS
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO
DEPENDIENTES DEL TIEMPO PERO NO ELÁSTICOS
VISCOELASTICOS
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FLUIDOS NEWTONIANOS
Son fluidos en los que el deslizamiento relativo, de los elementos de fluido, al circular uno sobre otro, es proporcional al esfuerzo cortante sobre el fluido
Ver figura 1
Todos los gases, agua líquida y líquidos de moléculas sencillas ( amoníaco, alcohol, benceno, petróleo, cloroformo, butano, etc) son NEWTONIANOS
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FIGURA 1
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FLUIDOS NO NEWTONIANOS INDEPENDIENTES DEL TIEMPO
Los que pueden clasificarse, dependiendo de la relación EMPUJE –GRADIENTE DE VELOCIDAD
•PLASTICOS DE BINGHAM: Como es el caso de la pasta de dientes
•DILATANTES: Tal como las soluciones de almidón espeso
•PSEUDOPLASTICOS: Como la pulpa de papel, o la pintura
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FLUIDOS NO NEWTONIANOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO PERO
NO ELASTICOS
Son Fluidos cuyo comportamiento, en un determinado momento, está influenciado por lo que les ha ocurrido en el pasado reciente. Por ejemplo, la salsa de tomate( ketchup ) que ha estado en reposo durante un rato, no verterá; pero una botella de ketchup recientemente agitada verterá fácilmente. Estos fluidos parece que tienen una memoria que se desvanece con el tiempo
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FLUIDOS NO NEWTONIANOS VISCOELASTICOS
Son aquellos materiales que combinan las propiedades elásticas de los sólidos con el comportamiento de los fluidos, y como ejemplo tenemos la saliva y,
en general, todos los fluidos biológicos, sopa concentrada de tomate, masa de pan y muchas
soluciones poliméricas
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ESFUERZO CORTANTE
Y VISCOSIDAD
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PARA UN FLUIDO NEWTONIANO: EL GRADIENTE DE VELOCIDAD ES
PROPORCIONAL AL ESFUERZO CORTANTE IMPUESTO AL FLUIDO, O SEA:
du/dy)
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PARA UN PLASTICO DE BINGHAM: LA RELACION ENTRE EL ESFUERZO CORTANTE Y EL GRADIENTE DE VELOCIDAD ES LINEAL,
PERO NO PASA POR EL ORÍGEN.
o + du/dy)
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PARA PSEUDOPLASTICOS Y DILATANTES QUE SIGUEN UN COMPORTAMIENTO POTENCIAL,
LA RELACION ENTRE EL ESFUERZO CORTANTE Y EL GRADIENTE DE VELOCIDAD NO ES LINEAL
du/dy)n
n = índice de comportamiento del flujo
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PARA PLASTICOS EN GENERAL
o + (du/dy)n
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REOLOGIA DE
POLIMEROS
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La Reología de los Polímeros hace referencia al estudio del
flujo de los polímeros plastificados
ES DE FUNDAMENTAL IMPORTANCIA PARA PODER
MEDIR LA MAGNITUD DE LAS FUERZAS NECESARIAS PARA
MOLDEARLOS
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LOS MATERIALES POLIMERICOS NO RESPONDEN EN FORMA INSTANTANEA ANTE UNA DETERMINADA
FUERZA DEFORMANTE (TRACCION O CORTE). ESTOS MATERIALES PRESENTAN UN CIERTO GRADO DE ELASTICIDAD QUE LES CONFIERE UNA ESPECIE
“DE MEMORIA PARCIAL” DE LA POSICION QUE OCUPARON ANTERIORMENTE
ESTE EFECTO QUEDA DETERMINADO POR EL
PARAMETRO CONOCIDO COMO TIEMPO DE RELAJACION
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RELAJACION DE TIEMPO
ES EL TIEMPO QUE LAS MOLECULAS DE UN
MATERIAL PLASTICO, TARDAN EN UBICARSE EN LA NUEVA POSICION, DESPUES
DE QUE EL MISMO HAYA SIDO SOMETIDO A UN
DETERMINADO ESFUERZO
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TIEMPOS APROXIMADOS DE RELAJACION
hs min, seg, SPOLIMERICO FLUIDOS
ELASTICOS SOLIDOS
0 SNEWTONIANO FLUIDOS
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LA VARIABLE ELASTICIDAD INFLUYE EN EL
PROCESAMIENTO DE UN POLIMERO; Y DEBIDO A ESTO, ES QUE APARECE
UNA VARIABLE OPERATIVA CONOCIDA COMO:
TIEMPO DEL PROCESO tp
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TIEMPO DEL PROCESO tp
• Si una etapa de un determinado proceso tiene una duración tp mucho mayor que el tiempo de relajación, el material fluye con facilidad como si fuese un Newtoniano. Prácticamente no hay efecto elástico.
• En el caso contrario, el material tardará en relajarse, y por lo tanto tendremos importantes efectos elásticos
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SEGÚN LO ANALIZADO, SEGÚN LO ANALIZADO, PODEMOS CONCLUIR QUEPODEMOS CONCLUIR QUE:
UNA PROPIEDAD BASADA SOLAMENTE EN LA VISCOSIDAD, NO ALCANZA PARA CARACTERIZAR, NI TAMPOCO PARA COMPRENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS PLÁSTICOS DURANTE EL PROCESO DE TRANFORMACIÓN. ES POR ELLO IMPORTANTE TENER EN CUENTA:
•EL GRADO DE ELASTICIDAD
•EL TIEMPO DE RELAJACION
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FINALMENTE, PODEMOS DECIR QUE LOS PLÁSTICOS ( EN GENERAL) PRESENTAN
COMPORTAMIENTO PSEUDOPLASTICO, EL QUE SE EXPLICA POR LA MORFOLOGIA DE LOS
POLIMEROS
ESTOS FORMAN LARGAS CADENAS ENROLLADAS Y TORCIDAS; AUN
ESTANDO FUNDIDOS, LAS QUE SON RESPONSABLES, EN GRAN PARTE DEL COMPORTAMIENTO ELASTICO QUE
PRESENTAN ESTOS MATERIALES ANTE UN ESFUERZO CUALQUIERA
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du/dy)n
o + (du/dy)n
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SE HAN ELABORADO MULTIPLES MODELOS MATEMATICOS QUE INTENTAN
REPRESENTAR EL COMPLEJO COMPORTAMIENTO DE LOS POLIMEROS.
PERO... PARA UN INTERVALO UTIL DE VELOCIDAD DE CORTE, PODEMOS
EXPRESAR QUE EL ESFUERZO DE CORTE SIGUE UNA LEY DE POTENCIA
du/dy)n
Coheficiente de Viscosidad o Indice de
Consistencia
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CONCLUSIONES
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PODEMOS ASUMIR AHORA QUE:
• LOS POLIMEROS FUNDIDOS SON INVARIABLEMENTE PSEUDOPLASTICOS
• NO SON NEWTONIANOS• POR LO GENERAL SE ADELGAZAN CUANDO SE
SOMETEN A ALGUN ESFUERZO• SU VISCOSIDAD DECRECE CUANDO SE
INCREMENTA LA TEMPERATURA• LA VISCOSIDAD APARENTE DECRECE CUANDO
AUMENTA EL ESFUERZO DE CORTE