Comportamiento de la fase (PVT)

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Comportamiento de la fase (PVT)

Este método de análisis altamente especializado proporciona resultados útiles sobre el comportamiento de los polímeros y facilita el diseño y la optimización de los procesos de inyección y extrusión. Los estudios de PVT ofrecen una gama completa de tipos de polímeros o elastómeros. Las muestras representativas se examinan a las presiones y temperaturas reales del proceso para determinar el comportamiento de la fase y los cambios de volumen. Las propiedades PVT (Presión-Volumen-Temperatura) de los polímeros son importantes tanto para la ingeniería como para la física de polímeros. El diagrama PVT describe el volumen específico como una función de la presión y la temperatura. El volumen específico aumenta con el aumento de la temperatura. Hay una transición térmica en el polímero. La transición amorfa primaria de cualquier polímero se conoce como su temperatura de transición vítrea, Tg. Si bien Tg no es una transición abrupta, los datos por debajo y por encima de Tg mostrarán una intersección que generalmente se acepta como Tg. El polímero semicristalino exhibe una respuesta térmica diferente a la del polímero amorfo. Para el polímero amorfo, Tg se ve claramente como la temperatura donde el polímero pasa de un estado sólido a un estado fundido. La tasa de expansión por incremento de temperatura es mucho menor en el estado sólido que en el estado fundido. Por el contrario, el polímero semicristalino contiene suficiente cristalinidad para mantener la continuidad estructural por encima de Tg. Aunque el contenido amorfo en este polímero exhibe una Tg, la estructura cristalina permite la caracterización hasta casi la temperatura donde los cristales se funden. Los datos PVT de polímeros se vuelven cada vez más importantes en su valor en la ciencia de los materiales.

Predicción de la miscibilidad polímero-polímero
Predicción del rendimiento de servicio y la vida útil de materiales y componentes poliméricos sobre la base de conceptos de volumen libre
Correlación de los parámetros reductores de ecuaciones de estado (EOS) con estructuras moleculares
Evaluación del inicio y progreso de reacciones químicas en polímeros fundidos en los casos en que los efectos de volumen acompañan a la reacción
Propiedades de los materiales de sistemas en contacto con solventes o gases
Investigación de la naturaleza de las transiciones de fase
Optimización de los parámetros de procesamiento en lugar de establecer dichos parámetros por ensayo y error
Cálculo de la tensión superficial de polímeros fundidos

El moldeo por inyección es la técnica más común para la producción en masa de productos con formas complejas que requieren dimensiones precisas. En el proceso de moldeo por inyección, algunos defectos como la contracción, la deformación y las marcas de rehundimiento provocan tensiones inducidas térmicamente y afectan tanto la precisión dimensional como la estabilidad dimensional a largo plazo. Software como Moldflow (Autodesk, Inc., San Rafael, CA) o Moldex 3d (CoreTech System Co., Ltd., Taipéi, China) busca reducir el riesgo de producir piezas con contracción o deformación en componentes plásticos mediante predicciones cuantitativas basadas en datos fiables. En la simulación numérica del proceso de moldeo por inyección, uno de los datos de entrada importantes para estos paquetes de software son los datos PVT. Por otro lado, los análisis de procesos han revelado que se pueden lograr condiciones óptimas de procesamiento mediante la aplicación de diagramas PVT, especialmente si se utilizan junto con el control informático del proceso. Por lo tanto, es necesario obtener datos PVT más precisos para una predicción, evaluación, optimización y cálculo más precisos. Este capítulo presenta las propiedades PVT de los polímeros para moldeo por inyección. Se divide en tres secciones: se detallan las diferentes mediciones de las propiedades PVT de los polímeros, se presentan los modos de prueba y, finalmente, se ilustran en detalle dos áreas de aplicación principales de los datos PVT de polímeros: la simulación numérica y el control de procesos.

Este capítulo introdujo diferentes métodos de medición de las propiedades PVT de polímeros y su aplicación en el moldeo por inyección. Entre estos métodos se incluyen métodos convencionales (técnica de pistón-matriz y técnica de fluido de confinamiento), técnicas experimentales mejoradas que consideran el efecto de la velocidad de enfriamiento, la velocidad de corte y la presión, técnicas en línea con máquinas de moldeo por inyección o extrusoras, etc. En el moldeo por inyección, los datos PVT de polímeros son importantes en dos áreas: la simulación numérica y el control de procesos. El conocimiento de las propiedades PVT de los polímeros podría ser un concepto fundamental para los ingenieros de moldeo por inyección.