Estudio del efecto de la humedad sobre la viscosidad del PA mediante reometría capilar

Introducción

La poliamida (PA), como plástico técnico de gran importancia, se ha utilizado ampliamente en sectores como los componentes de automoción, los productos electrónicos, los textiles y los materiales de embalaje, gracias a sus excelentes propiedades mecánicas, su estabilidad química y su Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica. Sin embargo, la absorción de humedad es un problema habitual durante el procesamiento de la PA. Cuando la PA entra en contacto con la humedad, se producen cambios en sus propiedades físicas y químicas, especialmente en la viscosidad. La viscosidad desempeña un papel crucial en el procesamiento de polímeros, ya que determina el comportamiento de flujo del material de PA durante el procesamiento. Por lo tanto, comprender la relación entre el contenido de humedad y la viscosidad es esencial para optimizar los parámetros de procesamiento del PA y garantizar la calidad del producto final.

Un reómetro capilar, como instrumento de uso habitual para analizar las propiedades reológicas de los materiales poliméricos, puede medir con precisión dichas propiedades en un amplio rango de velocidades de cizallamiento y temperaturas. En este estudio, se empleó un reómetro capilar Rosand RH10 de NETZSCH para investigar de forma sistemática la influencia del contenido de agua en la viscosidad del PA. Esto aporta información valiosa sobre los efectos de la humedad en las propiedades reológicas del PA. Dichos hallazgos no solo contribuyen a optimizar las condiciones de procesamiento de los materiales de PA de alto rendimiento, sino que también ofrecen un importante valor de referencia para el avance tecnológico en la industria del procesamiento de polímeros.

Condiciones de medición y método de ensayo

Las condiciones de medición se detallan en la tabla 1.

Tabla 1: Condiciones de medición

Tras instalar los troqueles debajo del cilindro izquierdo y esperar a que la temperatura se estabilizara, se introdujeron lentamente pastillas de PA en el cilindro, se presurizaron previamente a 1 MPa y, a continuación, se precalentaron a una temperatura constante durante 5 minutos. La prueba se inició tras esta etapa de compresión.

Resultados de las mediciones y discusión

La figura 2 muestra las curvas de viscosidad aparente de cizallamiento en función de la velocidad de cizallamiento aparente para muestras de PA sometidas a diferentes tratamientos a 280 °C. En la figura se observa que la viscosidad de cizallamiento de las muestras de PA sin tratar y secadas disminuye gradualmente al aumentar la velocidad de cizallamiento, mostrando un comportamiento típico de dilución por cizallamiento. Esto se debe a que el desenredamiento de las cadenas macromoleculares de PA se intensifica a medida que aumenta la velocidad de cizallamiento, lo que provoca una rápida disminución de la viscosidad de cizallamiento.

Además, dado que el grupo amida de la cadena molecular principal del PA es un grupo polar capaz de formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, el PA presenta una absorción de agua muy elevada. Como también se puede observar en la figura 2, la viscosidad de cizallamiento de la muestra de PA sin tratar es inferior a la de la muestra de PA tratada. Esto se debe principalmente al mayor contenido de agua de la muestra de PA sin tratar.

Sin embargo, las moléculas de agua pueden formar enlaces de hidrógeno con los grupos amida, sustituyendo así a los enlaces de hidrógeno entre las cadenas moleculares. Esto reduce la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de los enlaces de hidrógeno entre cadenas, actuando como un plastificante físico (tal y como se evidencia por el menor valor_{de Tg} en la curva DSC de la muestra sin tratar de la figura 3), lo que aumenta la movilidad de los segmentos de las cadenas de PA, es decir, reduce la resistencia al deslizamiento relativo de las cadenas moleculares de PA durante el flujo. En consecuencia, la viscosidad de cizallamiento de la masa fundida de PA disminuye. Por otra parte, el PA es un producto obtenido mediante condensación por deshidratación. A altas temperaturas, las moléculas de agua pueden reaccionar químicamente con los enlaces amida de las cadenas moleculares de PA, lo que provoca la escisión de las cadenas. Esta es también la reacción inversa de su síntesis. La reducción del peso molecular del PA conduce inevitablemente a una disminución de su viscosidad de cizallamiento en estado fundido.