Autoafinidad de superficies en termoplásticos cristalizados isotérmicamente

Ortiz Rivera, Laura (2007) Autoafinidad de superficies en termoplásticos cristalizados isotérmicamente. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Considerando la importancia que guardan las superficies en las propiedades, en general de los materiales y en particular de los termoplásticos y por lo tanto en sus posibles aplicaciones, conociendo también la complejidad morfológica de los polímeros cristalizables, su control posible mediante las condiciones de cristalización y el efecto de las morfologías en la topografía de superficie, se estableció como hipótesis que las condiciones de cristalización isotérmica representan un control de la morfología cristalina y su efecto sobre la topografía de superficie de los termoplásticos, que permite evaluar mediante geometría de fractales la relación entre morfología, topografía de superficie y la característica autoafín o de rugosidad de las superficies generadas, planteándose como objetivo su demostración en cinco termoplásticos de importancia comercial. Para lograr lo anterior, después de justificar el proyecto, se seleccionaron cinco polímeros: polipropileno isotáctico (i-PP), poliamida 6 (PA6), poli (tereftalato de etilenglicol) (PET), poli (naftalenato de etilen glicol) (PEN), y poli (éter éter cetona) (PEEK), se establecieron los antecedentes y fundamentación relativos a la cristalización de polímeros, en particular las características de cristalización de cada polímero utilizado, de las técnicas de análisis, el método de geometría de fractales utilizado para evaluar la rugosidad de la superficie libre y el comportamiento autoafín de polímeros cristalizados isotérmicamente. La metodología consiste en el control estricto de las condiciones de cristalización isotérmica de cada polímero mediante calorimetría diferencial de barrido y asegurándose que se trabajó en el intervalo de temperaturas de cristalización controlada por la termodinámica de la nucleación. De las superficies formadas se determinaron las topografías mediante microscopía de fuerza atómica en modo intermitente y se procesaron para el estudio de autoafinidad o rugosidad mediante el método de ancho de banda variable en su modalidad de co-varianza. Los resultados del análisis de la cinética de cristalización guardaron relación con lo reportado en la literatura, asegurándose así el buen control de la cristalización, y el análisis estadístico de los exponentes de rugosidad demostró que si bien el i-PP, la PA6 y el PET forman superficies autoafines en todos los intervalos de temperatura a que fueron sometidos, el PEN y el PEEK forman superficies que presentan una clara desviación del comportamiento autoafin, dicho fenómeno se presento en el PEN a altas temperaturas mientras que en el PEEK en todo el intervalo de temperaturas analizadas. Se encontró una tendencia que apunta a la desviación del comportamiento autoafin y que el exponente de rugosidad tiende a disminuir entre menor efecto tengan las morfología cristalina generada sobre la superficie y que estas características son independientes del mecanismo de nucleación y crecimiento (estimado mediante el exponente de Avrami). El orden en que los cristales poliméricos afectan a la topografía superficial fue el siguiente: i-PP ≈ PA6 > PET > PEN > PEEK, que es la misma tendencia en la disminución del exponente de rugosidad, además el rompimiento con el comportamiento autoafín tiene este mismo orden, lo que significa que es de esperarse que a mayor escala la superficie se aprecie como lisa. Esta última observación tendrá que corroborarse con instrumentos que analicen la topografía de superficie a mayores escalas.

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