Sobreinyección de pp-tpv. Estudio experimental de la adhesión en la interfase

Resumen

El objetivo principal del presente trabajo es estudiar la resistencia de la unión adhesiva presente entre un elastómero termoplástico vulcanizado dinámicamente (TPV) y un polipropileno (PP), los cuales han sido unidos mediante la técnica de sobreinyección. Los materiales usados fueron un TPV Santoprene 8211-55 de la casa comercial Advanced Elastomer System y un PP Moplen HP501H de Basell Polyoleofins. En primer lugar, se caracterizó el TPV, para tener una idea de su composición y propiedades utilizando las técnicas de reometría capilar, MFI, DSC, FT-ir, TGA, medición del parámetro de solubilidad y de la densidad en sólido, PvT y extracción Sohxlet. Seguidamente, se procedió a determinar una metodología para ensayar la interfase generada y estudiar la fuerza de adherencia existente entre ambos materiales. Para ello, se debió escoger la mejor técnica para evaluar esta medición, de entre las diferentes reportadas en la bibliografía como son trabajo esencial de fractura interfacial en geometrías DENT, SENT y CCT, tracción y peeling. No se encontró reportado en la bibliografía cuál es la mejor técnica empleada para la medición de la resistencia de la unión adhesiva entre dos materiales sobreinyectados. Es así que se definió que la metodología más adecuada para cuantificar la adhesión en uniones rígido-suaves obtenidas por sobreinyección comparando los resultados obtenidos con las cinco geometrías mencionadas anteriormente es el Trabajo Esencial de Fractura para determinar el Trabajo específico de fractura interfacial utilizando la geometría SENT. Las otras geometrías no se consideraron adecuadas ya que: (a) las probetas halterio, al no tener entalla no se asegura que la ruptura ocurra por la intercara y además el comportamiento mecánico parece ser más representativo del TPV que de la interfase PP-TPV, (b) las probetas para pelado no permiten cuantificar la resistencia de la unión adhesiva; ya que simultáneamente ocurre la separación de los dos materiales y la ruptura del TPV y (c) el trabajo esencial de fractura interfacial (wif) obtenido con las probetas DENT y CCT presentan mucha dispersión provocada por la propagación asimétrica de las entallas. Se estudió la influencia de las variables del proceso de sobreinyección (temperaturas de fundido y del molde, caudal de inyección y presión de mantenimiento) del TPV sobre el PP en la adhesión. Se encontró que la temperatura del frente de flujo del TPV al momento de entrar en contacto con el sustrato es la variable que mayor influencia tiene sobre la adhesión, por tanto, se consiguió que a mayores temperaturas de fundido y del molde se obtenga la mayor resistencia de la unión adhesiva. Las otras variables estudiadas (caudal de inyección y presión de mantenimiento), no afectan en gran forma a la resistencia de la unión adhesiva. Se verificaron los resultados anteriores, cuantificando, mediante el empleo de una lupa óptica, la cantidad de TPV adherido al PP después de los respectivos ensayos. El programa C-MOLD permitió explicar las variaciones de la resistencia de la unión adhesiva con las variables de proceso, mediante el análisis de la temperatura de la interfase y la presión en la cavidad generada durante el proceso de sobreinyección. Estos cambios en la adhesión son explicados por el modelo de la difusión, ya que el TPV al tener un parámetro de solubilidad y estructura similar al PP migra por efecto de la aplicación de altas temperaturas al sustrato, generando cohesión entre ambos materiales. Esto se explica porque el TPV fundido posee una buena mojabilidad inicial con el PP, generando un contacto íntimo entre ambos. Posteriormente, las cadenas del TPV difunden a través de la interfase, produciéndose un enredamiento de ellas con las cadenas del PP. El TPV solidifica obteniéndose una interfase con un gradiente entre ambos materiales. Además, parte del plastificante existente en la formulación del TPV migra a través de la interfase hacia el PP, colaborando con la adhesión.