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Estudio, Caracterización y Validación de la fibra de

la platanera para su uso como refuerzo en la

conformación de piezas obtenidas a partir de

procesos de transformación de plásticos

Programa de doctorado:

INGENIERIA AMBIENTAL Y DESALINIZACIÓN

Departamento de Ingeniería de Procesos

Autora:

Inés Mª Angulo Suárez

Las Palmas de G.C

Septiembre 2013

Departamento/Instituto/Facultad: INGENIERIA DE PROCESOS Programa de doctorado: INGENIERIA AMBIENTAL Y DESALINIZACIÓN

Título de la Tesis

Estudio, Caracterización y Validación de la fibra de la

platanera para su uso como refuerzo en la

conformación de piezas obtenidas a partir de

procesos de transformación de plásticos.

Tesis Doctoral presentada por D/Dª INÉS Mª ANGULO SUÁREZ Dirigida por la Dra. Dña. Mª DOLORES MARRERO ALEMÁN Dirigida por el Dr. D. ANTONIO NIZARDO BENITEZ VEGA

La Directora, El Director La Doctoranda,

Las Palmas de Gran Canaria, a 13 de Septiembre de 2013

AGRADECIMIENTOS.

Las cosas buenas de la vida no ocurren porque tengan que ser así. El origen, muchas veces, se

presenta en la voluntad positiva de las personas que nos encontramos en el camino. Esa

“voluntad” la experimenté cuando mis Directores de Tesis (Mariola y Nizardo) me brindaron la

oportunidad de desarrollar este trabajo. Encontré la voluntad de transmitirme ilusión en un

camino nuevo para mí, encontré la voluntad de transmitirme sus conocimientos y buen hacer,

y experimenté la voluntad de transmitirme su disponibilidad, su tiempo, incluso restándolo al

de su familia, encontré la voluntad de brindarme el apoyo constante y sin reproches por mis

huidas. Encontré sobre todo a dos personas excepcionales. Todo esto lo plasmo desde mi

más profundo agradecimiento: Sin ustedes no hubiera podido ser.

Quiero también agradecer a todo el personal del Centro de Fabricación Integrada,

especialmente a Mario y Pedro, por haber compartido conmigo sus conocimientos y sus

medios y haberme ofrecido la oportunidad de crecer profesionalmente desde el

convencimiento de que son un ejemplo de trabajo, esfuerzo y dedicación.

Agradezco a mis padres, hermanos y sobrinos el apoyo recibido en todo momento y sobre

todo les agradezco el significado que siempre han tenido en mi vida: un Tótem fuerte y

robusto. Los quiero.

Mi querido Agustín, gracias por estar siempre ahí.

Gracias a Julia, por hacerme ver que el camino de la vida puede ser muy largo y hay que seguir

avanzando.

A Jeny, mi salvadora en la guerra de la maquetación de esta tesis. Siempre que se resistía un

pie de página aparecías cuál heroína. Muchas gracias.

A mi madre†:

Te llevo en mi corazón y en mi esencia.

A mi hermana Esther:

Mi “pepito grillo”. Mi conciencia.

A Javier y a mis hijos (Javi, Carlos y Luis):

MI VIDA

Capítulo I: Marco de la Tesis y Objetivos


ÍNDICE DE CONTENIDO

i. MARCO DE LA TESIS Y OBJETIVOS. ........................................................................ 1

I.1. Metodología del trabajo de investigación. ............................................... 2

I.1.1 Fase inicial.................................................................................................. 2

I.1.2 Fase de recopilación de información. ........................................................ 2

I.1.3 Fase de ejecución de ensayos.................................................................... 3

I.2. Objetivos específicos de la tesis ............................................................... 3

I.3. Capítulos de la tesis. ................................................................................ 6

Capítulo I: Introducción. ................................................................................ 6

Capítulo II: Fundamentos Teóricos y Estado del Arte.................................... 6

Capítulo III: Caracterización de la fibra de Platanera..................................... 6

Capítulo IV: Fabricación y Estudio Reológico del Composite......................... 7

Capítulo V: Ensayos Mecánicos...................................................................... 7

Capítulo VI: Conclusiones y Líneas Futuras de Investigación......................... 8


I‐1

I. MARCO DE LA TESIS Y OBJETIVOS.

Esta tesis, enmarcada en el programa de doctorado de Ingeniería Ambiental y

Desalinización del Departamento de Ingeniería de Procesos de la Universidad de Las

Palmas de Gran Canaria, ha sido llevada a cabo en el seno del Grupo de Investigación

“Procesos de Fabricación” de dicha Universidad. Su realización también ha precisado

estancias en el Polymer Processing Research Center de la Queen´s University de

Belfast y en el Taller de Inyección de la Industria de los plásticos (T.I.I.P.) del

Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Zaragoza.

Hace algunos años, el Grupo de Investigación “Procesos de Fabricación” se planteó

desarrollar una nueva línea de investigación de Fabricación Sostenible, basada en la

utilización de la fibra de la platanera como material de refuerzo para la fabricación de

piezas plásticas. Como consecuencia, se propuso la realización de esta tesis, cuyo

objetivo se centró fundamentalmente en la caracterización de estas fibras y la

viabilidad de su uso como parte de un composite de fácil biodegradabilidad. Este

material compuesto se pretendía que tuviera aplicación en múltiples sectores

industriales en los que la legislación, precisamente en lo concerniente a la utilización

de estos materiales, es muy exigente. Por otro lado, también se buscaba añadir valor

al residuo de platanera a través de su fibra, considerada hasta el momento un

subproducto o residuo de las explotaciones agrarias existentes en las islas Canarias.

La matriz polimérica empleada fue el polipropileno, que es una de las poliolefinas de

mayor consumo debido a sus interesantes propiedades y bajo costo, así como de su

fácil y económico procesado y su carácter reciclable. Además, el polipropileno

aumentó su rigidez y resistencia con la incorporación de fibras, incrementando así la

posibilidad de su transformación mediante técnicas convencionales de inyección [1].

Uno de los puntos críticos de la investigación se centró en el estudio y la mejora de la

adhesión fibra‐matriz. Ello se debe a que la incorporación del refuerzo al material

polimérico precisa una buena compatibilidad entre ambos materiales. Cuando no

existe o sea deficitaria esta unión en la interfase, se producen imperfecciones en el

composite, que se traducen en una disminución de la resistencia debido a la

concentración de tensiones establecidas por el solapamiento de las fibras y, como

consecuencia, un aumento de la formación de huecos interfaciales.

Estudio, Caracterización y Validación de la fibra de la platanera para su uso como refuerzo en

la conformación de piezas obtenidas a partir de procesos de transformación de plásticos

I‐2

Por todo ello, se hace imprescindible definir una metodología de trabajo que se inicie

con la caracterización de la fibra virgen de platanera canaria para la identificación de

sus propiedades físicas y mecánicas. Una vez caracterizada, se deben analizar las

formas o tratamientos que pueden aplicarse a esta fibra para conseguir un adecuado

anclaje con una matriz polimérica de PP y finalmente, ensayar el material reforzado

resultante y estudiar su viabilidad técnica para los procesos de inyección.

I.1. METODOLOGÍA DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.

La estrategia anteriormente planteada se dividió en las fases o actividades de trabajo

descritas a continuación:

I.1.1 FASE INICIAL

Estudio en profundidad de los fundamentos físico‐químicos‐mecánicos

del comportamiento de los materiales compuestos.

Estudio y valoración de las fibras naturales y sintéticas de aplicación

como refuerzo.

I.1.2 FASE DE RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN.

Estudio y valoración del proceso de extracción de la fibra, de la planta de

la platanera.

Estudio de los fundamentos teóricos de los tratamientos para la

modificación química de la fibra.

Diseño de los ensayos.

Fabricación y montaje de los elementos necesarios para llevarlos a cabo.

Valoración de los productos químicos y parámetros de funcionamiento

más adecuados.

Definición de la longitud de la fibra.

Estudio de la influencia de los distintos tratamientos sobre las variaciones

del diámetro y densidad de la fibra.

Estudio y definición de parámetros que caracterizan las propiedades

físicas‐químicas y mecánicas de las fibras.

Definición de las variables de los ensayos.


I‐3

Estudio y puesta en marcha de las técnicas analíticas.

Tratamiento informático y valoración de los resultados obtenidos.

I.1.3 FASE DE EJECUCIÓN DE ENSAYOS.

Definición de la longitud de la fibra a incorporar en la matriz.

Definición de los materiales olefínicos a utilizar en la preparación del

material compuesto.

Formulación del material compuesto.

Establecimiento de una metodología para el proceso de granceado del

material compuesto.

Estudios de la técnica de inyección por moldeo.

Estudio de la técnica de inyección en molde en espiral.

Estudio de la técnica analítica de reometría capilar.

Estudio de la técnica de ensayos a tracción.

Determinación de los valores paramétricos que afectan a los distintos

procesos.

Tratamiento informático y valoración de los resultados obtenidos.

I.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA TESIS

La presente investigación tiene como objetivo principal la realización de un estudio

de la fibra de la platanera canaria y su posterior validación como refuerzo en la

conformación de piezas fundamentalmente de automoción obtenidas a partir del

proceso de transformación de inyección de plásticos.

No obstante, además del propósito técnico mencionado de empleo del composite

reforzado, esta tesis está motivada por la necesidad reglamentaria cada vez más

exigente del uso de materiales reciclables en el sector de la automoción, con la

consiguiente disminución de desechos.

Finalmente, se persigue la ambiciosa propuesta de añadir un valor socioeconómico al

cultivo de plataneras en Canarias que favorezca el mantenimiento del sector y, si es

posible, su crecimiento en un ámbito sostenible.



I‐4

A continuación se presenta un esquema de trabajo que trata de recoger los objetivos

principales de la investigación en sus dos principales áreas: el estudio de la fibra y el

del material compuesto generado.


I‐5



I‐6

I.3. CAPÍTULOS DE LA TESIS.

I ‐ CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN.

Se establece la metodología de trabajo así como los objetivos específicos de cada

bloque constituyente del estudio y la estructura general de la tesis, especificando los

aspectos considerados en cada uno de los capítulos.

II ‐ CAPÍTULO II: FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y ESTADO DEL ARTE

El capítulo II pone en contexto el trabajo realizado con la revisión de los conceptos

necesarios para el entendimiento y compresión de los aspectos que están implicados

en el desarrollo de la investigación. Aspectos como la importancia que tienen las

fibras naturales como materiales sustitutivos de los refuerzos sintéticos, dónde

radica la resistencia de las fibras, como se pueden modificar algunas características

inherentes a las fibras naturales, tal cual, es el carácter hidrofílico que la hace

incompatible con la matriz. Así como se puede variar el comportamiento de la

interfase fibra‐matriz por la adición de sustancias que mejoran la mojabilidad y por

tanto la adhesión entre las fases del material compuesto. El estudio de esa mejora

comporta la elección de un método de aplicación entre tantos valorados en la

revisión bibliográfica. Y por último se ha realizado una revisión de conceptos sobre

los materiales poliméricos, destacando las propiedades del polipropileno.

III ‐ CAPÍTULO III: CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DE PLATANERA

En el capítulo III se recogen los tratamientos aplicados a las fibras para conseguir la

modificación química que permita una buena adhesión interfacial. Estas

modificaciones están basadas en la reacción de esterificación de los grupos

funcionales hidroxilos de los sustratos naturales que le aportan el carácter polar

incompatible con el hidrofóbico de las matrices poliméricas presentes en el mundo

industrial. La propiedad original de afinidad por el agua también se ve alterada por

los tratamientos químicos.

Frecuentemente, la mejora en los procesos de fabricación se realiza de forma

indirecta, mediante métodos analíticos que aportan resultados cuyos análisis

muestran los cambios que se producen en las propiedades de los materiales. Los

métodos más generalizados para determinar la eficiencia de los cambios producidos

son métodos laboriosos que ayudan a dilucidar el más favorable. Una parte


I‐7

importante de la investigación, en este capítulo, se ha centrado en este punto

residiendo en la verificación de los cambios que los tratamientos producen sobre las

fibras.

IV ‐ CAPÍTULO IV: FABRICACIÓN Y ESTUDIO REOLÓGICO DEL COMPOSITE

En el capítulo IV se ha realizado la caracterización reológica del material, dada la

importancia que tiene este aspecto en los procesos de inyección Se empleó para la

consecución del objetivo un reómetro capilar ensayándose distintas muestras de

composite a temperaturas distintas. Todas ellas, con progresivas velocidades en la

bajada del pistón. La información obtenida permitió obtener valores de viscosidad

frente a velocidades de cizalla que están acordes con los que experimentará el

material en el proceso de fabricación por inyección. Otro de los ensayos realizados

fue con el empleo de un molde en espiral abierto en el proceso de inyección, de

forma que se caracterizaron los materiales en condiciones mucho más cercanas a las

aplicadas en los procesos reales.

V ‐ CAPÍTULO V: ENSAYOS MECÁNICOS

El objetivo del capítulo es determinar la relación y nivel de tensiones que soportan

los materiales en estudio y su respuesta reflejada a través de una deformación de

naturaleza elástica o plástica. La mayoría de los materiales empleados son materiales

multicomponentes, aportando las propiedades de los componentes constituyentes,

de tal forma que el conjunto suponga la mejor combinación posible. Los compuestos

que utilizan fibras como fase dispersa pretenden conseguir, entre otras, mayor

rigidez, carga elevada y bajo peso específico. En este capítulo se ha estudiado, en qué

medida la adición de la fibra de platanera (tratada y sin tratar) afectan a estas

características, comparándolas con las del material sin reforzar. El medio para la

consecución del objetivo ha sido mediante la realización de ensayos de tracción los

cuáles han permitido obtener el diagrama tensión‐ deformación unitaria. A partir de

este, se ha podido extraer información sobre los tramos de deformación elástica y

plástica, así como algunos parámetros que definen el comportamiento a tracción,

tales como, el módulo elástico, tensión de rotura etc.

Otro objetivo de este capítulo es la valoración del % de contracción al que responden

los materiales al estar sometidos a presión y temperatura en el proceso de inyección.



I‐8

Para ello se sometieron las probetas a la determinación dimensional de cada una de

ellas.

VI ‐ CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES Y LINEAS DE INVESTIGACIÓNFUTURAS

En este capítulo se pretende presentar las conclusiones más relevantes obtenidas a

partir de la revisión teórica e investigación empírica realizada con el objeto de

alcanzar los diferentes objetivos propuestos.

Cada uno de estos objetivos tiene como propósito central responder a la siguiente

pregunta: ¿posee la fibra de la platanera propiedades adecuadas para su empleo

como material de refuerzo en los materiales plásticos?

Capítulo II: Fundamentos Teóricos y Estado del Arte

Capítulo II: Fundamentos teóricos y estado del arte


ii. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y ESTADO DEL ARTE. __________________________ 1

II.1. Materiales Compuestos.________________________________________ 1

II.2. La fibra natural como material de refuerzo. ________________________ 3

II.2.1 Constituyentes Estructurales de las fibras naturales ________________ 8

LA CELULOSA.________________________________________________ 10

LAS HEMICELULOSAS. _________________________________________ 14

LA LIGNINA. _________________________________________________ 15

PECTINAS ___________________________________________________ 18

COMPUESTOS EXTRAIBLES _____________________________________ 19

COMPUESTOS INSOLUBLES _____________________________________ 20

II.2.2 Propiedades geométricas. ____________________________________ 20

II.2.3 Propiedades físicas y mecánicas _______________________________ 21

II.2.4 Modificación de las fibras naturales ____________________________ 22

II.2.5 Producción de fibras naturales ________________________________ 26

II.2.6 Fibra de platanera __________________________________________ 28

CULTIVO DE LAS PLATANERAS EN CANARIAS._______________________ 30

II.3. Los Polímeros _______________________________________________ 33

II.3.1. Aplicaciones de los plásticos ________________________________ 35

II.3.2. Mercado de los plásticos ___________________________________ 40

II.3.3. Características y propiedades del Polipropileno. ________________ 41

II.4. Aspectos generales de la INYECCIÓN DE PLÁSTICOS_________________ 48

II.5. Bibliografía__________________________________________________ 54


II‐1

II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y ESTADO DEL ARTE.

En el segundo capítulo de la tesis se revisan los contenidos teóricos del trabajo,

haciendo referencia al estado del arte de las materias y tecnologías integrantes en la

investigación: materiales poliméricos reforzados con fibras naturales e inyección de

plásticos.

Se comienza con una breve descripción de los composites o materiales compuestos,

tras lo cual se realiza una revisión de la composición y características de las fibras

vegetales y de su uso como material de refuerzo en matrices poliméricas, haciendo

especial hincapié en las fibras de platanera. A continuación, se presentan algunos de

los conceptos más importantes relacionados con los requerimientos exigidos a los

polímeros reforzados en general, y al polipropileno en particular. Además, se estudia

el mecanismo que regula la interfase matriz‐fibra, en concreto cuando se emplea

anhídrido maleico como agente de acoplamiento.

Finalmente, se incluye una breve descripción de la tecnología de inyección de

plásticos, de su importancia en los procesos de transformación de estos materiales y

del estado de esta técnica en el ámbito de los plásticos reforzados con fibras

vegetales.

II.1. MATERIALES COMPUESTOS.

El término material compuesto o composite da nombre a la combinación de dos o

más componentes, separados por una interfase, que se encuentran combinados a

nivel macroscópico y cuyas propiedades son superiores a la de los materiales

constituyentes por separado. Al conjunto se le denomina material multifásico.

Los composites se pueden clasificar según la forma o la naturaleza de los

constituyentes y según el tamaño de la fase dispersa. Así, según la forma de los

constituyentes, estos materiales se dividen en compuestos fibrosos (el refuerzo es

una fibra, es decir, un material con una relación longitud‐diámetro muy alta);

compuestos particulados (el refuerzo son partículas equiaxiales) y composites

estructurales (combinación de materiales compuestos y materiales homogéneos).

Según la naturaleza de los constituyentes se tienen: compuestos de matriz orgánica

Estudio, Caracterización y Validación de la fibra de la platanera para su uso como refuerzo en la

conformación de piezas obtenidas a partir de procesos de transformación de plásticos

II‐2

(polímeros), metálica (aleaciones de aluminio, titanio y magnesio) y mineral

(cerámica). Finalmente, y atendiendo al tamaño de la fase dispersa, se puede

distinguir entre microcomposites o composites convencionales (el tamaño del

refuerzo es del orden de la micra) y nanocomposites (el tamaño del refuerzo es del

orden de nanómetros).

En el caso que nos ocupa se trabajarán los compuestos fibrosos de matriz polimérica.

En este sentido, las propiedades mecánicas de los plásticos (resistencia mecánica,

rigidez, resistencia a la termofluencia, etc.) pueden mejorar incorporando refuerzos

de varios tipos, produciéndose así los denominados plásticos reforzados.

Figura II. 1: Fases de los composites.

Estos materiales están formados por una fase discontinua, constituida por el

refuerzo, y por una fase continua que es la matriz polimérica. Cada una de ellas

aporta funciones específicas, contribuyendo a las propiedades finales del compuesto.

Las propiedades resultantes del material compuesto dependen de las proporciones

en las que intervienen ambas fases y de la morfología de la fase dispersa o

discontinua.

La fase continua tiene como misión principal estabilizar y repartir las tensiones entre

los refuerzos, de ahí que, en el material objeto de estudio, la matriz sea el medio de

transferencia de tensión a la fibra, comportamiento que está relacionado con la

calidad de la unión de ambas fases. Asimismo, la fase continua proporciona

aislamiento entre las fibras, hasta el punto que es posible considerar cada una ellas

como elementos independientes y protege a las ya mencionadas fibras del ataque de

los agentes medioambientales (foto y biodegradación). Además, la ductilidad de la


II‐3

fase continua minimiza la posibilidad de ruptura del material por roturas de las fibras.

Ello es debido a que, aunque algunas fibras individuales se puedan romper, la rotura

total del material no ocurrirá hasta que se produzca la ruptura de un gran número de

fibras adyacentes. [1]

Por otro lado, la fase dispersa soporta la tensión mecánica aplicada al material, lo

cual depende en gran medida de parámetros como la longitud y, sobre todo, la

fracción de fibra, que determina el grado en el que se transmiten las propiedades de

los compuestos [2].

En definitiva, la transformación de los materiales poliméricos en materiales

compuestos tiene como objetivo la obtención de un material con mayor rigidez y

resistencia y menor peso específico, obteniéndose, quizás, el grupo de compuestos

tecnológicos más importantes. Estos composites a su vez son transformados

mediante diferentes procesos, como por ejemplo, inyección o termoconformado,

para obtener piezas finales.

Los aspectos a tener en cuenta en el diseño de este tipo de materiales son, entre

otros, los siguientes: la longitud, diámetro, concentración, propiedades y orientación

de las fibras, las propiedades de la matriz y la interfase entre ambas.

II.2. LA FIBRA NATURAL COMO MATERIAL DE REFUERZO.

Las fibras naturales se definen como aquellas estructuras largas y delgadas que se

encuentran en la Naturaleza. En cuanto a su clasificación, es posible establecer una

subdivisión según el reino natural del que proceden: animales, procedentes del reino

animal (también denominadas proteicas); vegetales o celulósicas, procedentes del

reino vegetal y minerales, procedentes del reino mineral.

Por tanto, las fibras vegetales son materiales fibrosos que pueden ser extraídas de

diferentes partes de las plantas. Se pueden distinguir seis tipos básicos de fibras

naturales: fibras de tallo (yute, cáñamo, ramio y kenaf, entre otras), fibras de hojas

(abacá, sisal y piña, por ejemplo), fibras de semilla (como es el caso de coco, algodón

y ceiba) fibras del núcleo (kenaf, cáñamo y yute), hierba y fibras de caña (trigo, maíz y

arroz) y otros tipo (madera y raíces) [3]. Estas fibras también reciben el nombre de

lignocelulósicas, al estar constituidas por celulosa, lignina y hemicelulosa. Gracias a



II‐4

su origen renovable, a la biodegradabilidad de sus derivados y a sus posibilidades de

reciclaje, son idóneas como refuerzo de materiales poliméricos de interés industrial.

En los últimos años se han incrementado las investigaciones y los trabajos realizados

con estos elementos naturales [4‐18] ya que ofrecen algunas ventajas competitivas

frente a las tradicionales fibras sintéticas (Kevlar, aramidas, fibra de vidrio y

carbono): bajo costo, baja densidad, buena resistencia específica, buenas

propiedades térmicas, ausencia de carácter abrasivo en su procesamiento, gran

variedad, bajo consumo de energía, y además presentan la posibilidad de ser

reciclables sin afectar al medio ambiente [17]. Es precisamente este último aspecto

una consideración que debe ser tenida en cuenta, debido a que las plantas, de donde

proceden las fibras que nos ocupan, son las mayores productoras de biomasa del

planeta y contribuyen a la disminución de contaminación al tomar dióxido de

carbono presente en el aire. Todo ello hace que se pueda considerar a las fibras

vegetales como un recurso renovable y biodegradable, cuyo uso debería estimularse,

especialmente si se tiene en cuenta el aumento de las restricciones legales para la

protección del medio ambiente. Concretamente en este sentido cabe destacar la

Directiva 2000/53/CE, dirigida a garantizar un mayor nivel de reciclabilidad de los

materiales utilizados en las producciones industriales. Por ejemplo, en el caso

específico del sector del automóvil, dicha directiva establece que, en Enero de 2006,

se debieron reutilizar y valorizar, al menos, el 85% en peso del vehículo, siendo la

reutilización y reciclado no inferior al 80% del peso medio del vehículo. Además, y a

partir del 1 de Enero de 2015, la misma normativa establece que la reutilización y

valorización deberá ser, como mínimo, del 95% del peso medio del vehículo.

No se debe olvidar que, aunque el uso de las fibras naturales se ha visto estimulada

con la aparición de legislaciones como las anteriormente mencionadas, el hombre ha

venido utilizando, desde hace mucho tiempo, estos recursos renovables con

propósitos distintos: fabricación de estructuras, materiales para construcción,

cordelería, elementos en automóviles, muebles, papel, textiles, etc. Por tanto, existe

una demanda real de fibras naturales para una gran variedad de productos,

especialmente como refuerzo de materiales poliméricos como lo demuestran los

diversos trabajos publicados en los que se propone, entre otras, el uso de fibras de

plátano, coco, lino, sisal, cáñamo y bagazo [19‐21] en variadas aplicaciones de la

industria del mueble, producción de tableros, divisiones para interiores, cubiertas


II‐5

para puertas y paredes, paneles para automóviles, etc., destacando especialmente

en los últimos años la incursión a escala industrial de estos materiales en los

denominados nanocompuestos. Así, en la elaboración de nanomateriales reforzados,

las microfibras son extraídas de la biomasa por un tratamiento químico seguido de

un tratamiento mecánico, con el fin de obtener microfibras individuales. Como

consecuencia, las microfibras de celulosa se desprenden del material que las rodea y

mantiene unidas a otras microfibras, dando lugar a la formación de una estructura de

red integrada por fibras de dimensiones nanométricas [22].

Por otro lado, y dentro de esta contextualización general se debe hacer notar a su

vez, que el incremento de desechos plásticos post‐consumo se ha convertido hoy en

día en una seria preocupación para la conservación medioambiental, debido

fundamentalmente al largo periodo de vida de estos materiales y a lo complejo de su

reciclabilidad, especialmente teniendo en cuenta que, en muchas ocasiones, traen

consigo impurezas tales como fibras sintéticas empleadas como material de refuerzo.

A este tipo de fibras hay que añadirle, además de los problemas anteriormente

mencionados, su carácter abrasivo para los equipos de conformación y los altos

costos energéticos asociados a su procesado. Son precisamente estas dificultades las

causantes de que estén irrumpiendo con fuerza en el mercado nuevos materiales,

como los objeto de estudio: lignocelulósicos derivados de plantas anuales (lino, yute,

cáñamo, kenaf,...), para su aplicación como carga o refuerzo de materiales

termoplásticos.

Diferentes autores han estudiado las posibles vías que pueden ayudar a disminuir la

generación de estos desechos y su agresividad al medio [23, 24] utilizando en su

lugar fibras naturales biodegradables con carácter renovable.

En este sentido se están realizando investigaciones [17, 25, 26], en las que se indican

que el campo de los materiales compuestos de matriz polimérica se orienta hacia la

utilización de fibras naturales como refuerzos.

Pero las fibras naturales también presentan algunas desventajas que influyen en las

propiedades físico‐mecánicas y el procesamiento del material compuesto, además de

que su uso puede estar limitado por algunos condicionamientos ambientales.

En lo que respecta a la influencia sobre las propiedades finales de los productos

reforzados, la utilización de este tipo de fibra presenta tres desventajas claras. La



II‐6

primera resulta de su elevada capacidad de absorción de humedad, que puede

concluir con un hinchamiento de la fibra, incrementando así los esfuerzos cortantes

que afecten a la transmisión de carga al interior del material [27]. Este fenómeno

ocurre debido a la existencia de grupos hidroxilo y otros compuestos oxigenados en

las paredes celulares de la fibra que se unen al agua mediante puentes de hidrógeno.

El componente de hemicelulosa es el mayor responsable de la absorción de

humedad, aunque la accesibilidad y la proporción amorfa/cristalina de la celulosa, así

como la cantidad de lignina, también pueden influir en este parámetro.

La segunda desventaja está asociada a la baja adherencia que presentan las fibras

naturales con la matriz polimérica, debido precisamente al carácter hidrofílico y a su

anisotropía estructural, incompatible con el carácter hidrofóbico que presenta la

matriz polimérica.

La tercera desventaja está relacionada con los procesos de degradación de la fibra.

Estos llevan aparejados, además de la alteración de las propiedades organolépticas

(pérdidas de sustancias volátiles de olor penetrantes), cambios en las propiedades

físico‐químicas, produciendo una pérdida de masa y de cristalinidad y una

disminución del grado de polimerización.

Los procesos de degradación a los que las fibras pueden estar sometidas son:

térmicos, biológicos y la fotodegradación.

a.‐ Degradación térmica.

La degradación térmica hace que la utilización de estas fibras esté limitada a

polímeros cuya temperatura de transformación no sea muy elevada, tales

como PEAD (polietileno de alta densidad), PP (polipropileno), PLA (ácido

poliláctico), etc. Para temperaturas superiores a 250°C, el empleo de las fibras

naturales no es posible.

A temperaturas cercanas a 200°C ya comienza a notarse la degradación de la

lignina, a través de una coloración oscura del material final y un olor a madera

quemada. Su rango de temperatura de descomposición es el más amplio de los

constituyentes de la fibra natural, comprendida entre 200‐600°C. La

hemicelulosa inicia el proceso de descomposición a temperaturas ligeramente

mayores, aunque su rango de descomposición es menor, 225‐325°C. La


II‐7

celulosa, componente mayoritario de las fibras, se descompone a

temperaturas mayores entre 325‐400°C y se caracteriza por su baja masa

residual [28]. Y por último, si la fracción inorgánica soluble es alta, ésta ejerce

un efecto catalizador sobre la degradación térmica [29].

b.‐ Biodegradación

La degradación biológica de las fibras naturales tiene lugar debido a la

presencia de organismos capaces de hidrolizar alguno de los polímeros

constituyente de la fibra y transformarlos en unidades digestibles. Estos, por

acción de la enzima celulasa producen, según sea el mecanismo de ataque,

monómeros de glucosa, celobiosa (disacárido) y, en algunos casos, la

celtotriosa (trisacárido). La hemicelulosa y la celulosa son los constituyentes

más afectados por la biodegradación. Este mecanismo de degradación aunque

es lento, debido a la insolubilidad de la celulosa y la alta alcalinidad, tiene lugar

como consecuencia de un debilitamiento de las paredes celulares de las fibras.

c.‐ Fotodegradación

La radiación ultravioleta ataca a la lignina depositada en la lámina media (parte

más externa de la célula vegetal). A medida que ésta se degrada, la lignina

constituyente de la pared secundaria de la célula queda expuesta a la acción

de la fotodegradación. Esta degradación lleva aparejada una disminución de

rigidez, de impermeabilización y de protección frente a los ataques físico‐

químicos y biológicos.

Finalmente y en cuanto a las limitaciones ambientales, cabe destacar que aunque

presenta ventajas claras frente a las fibras sintéticas, el uso de las fibras naturales

puede estar también limitado por aspectos no técnicos, como las fluctuaciones del

precio (debido a los resultados de las cosechas), las calidades variables (debido a

influencias impredecibles como el clima), y a las políticas agrarias de los países

productores.

La revisión bibliográfica del tema concluye que los trabajos de investigación en este

campo van encaminados a la minimización de algunos de los efectos adversos

anteriormente mencionados, de tal manera que las fibras son sometidas a

tratamientos que, por ejemplo, produzcan una mejora en la compatibilización de la

fibra y la matriz para formar un material compuesto [30]. El estudio de estos



II‐8

tratamientos es una etapa esencial para el desarrollo de los materiales compuestos.

Estos pueden ser procedimientos físicos, químicos o una combinación de ellos, que

serán tratados posteriormente.

Por otro lado, la mayoría de estos materiales surgieron con el despertar de la

industria petroquímica, cuyas existencias se van reduciendo con el agotamiento de

las reservas petroleras a nivel mundial, generando su escasez y precios más altos a

plazos más cortos en el mercado internacional [31]. En este sentido, hay diversas

investigaciones que apuntan a una importante introducción en el mercado de los

denominados biopolímeros, especialmente desarrollados en la última década con

refuerzos de fibras naturales o biofibras [3]. Se trata de materiales de ingeniería con

un amplio rango de propiedades, que precisan todavía la realización de continuas

investigaciones, aunque su reciente desarrollo desde el punto de vista tecnológico ha

sido espectacular. En la actualidad, los principales compuestos de este tipo son PLA

(Ácido Poliláctico) y PHA (Polihidroxialcanoatos) [32].

II.2.1 CONSTITUYENTES ESTRUCTURALES DE LAS FIBRAS NATURALES

Las fibras naturales vegetales están compuestas mayoritariamente por tres

polímeros estructurales (celulosa, hemicelulosa y lignina) y, en menor medida, por

una serie de compuestos de bajo peso molecular solubles en agua, proteínas y sales

minerales. Estos polímeros se diferencian entre sí por su composición y estructura, lo

que da lugar a diferentes propiedades físicas. El contenido de los mismos varía

considerablemente según los tipos, variedad, y edad de la planta o especie de la que

procedan [33]. En la Tabla II.1 se presentan las composiciones de algunos tipos de

fibra.

Tabla II. 1:. Densidad y composición de algunas fibras naturales [33], a[34 ] y b[35].

Densidad y Composición de distintas fibras naturales

Fibras Densidad (g/cm3)

Celulosa (%)

Hemicelulosa (%)

Lignina (%)

Humedad (%)

Cáñamoa 1,48 88‐90 7‐10 1,5 3,5 Sisala 1,45 65 12 9,9 10 Plátanob 1,35 63‐64 19 5 10‐11 Piñab 1,53 81 ‐ 12,7 13,5


II‐9

Las biofibras de origen vegetal son paquetes de células vegetales de paredes gruesas

y alargadas. Jayaramam [36] definió estas fibras como agrupaciones de microfibrillas

huecas adheridas a una matriz de hemicelulosa/lignina. Si se considera una fibra

vegetal como una célula individual, su longitud típica varía entre 1 y 50 mm y su

diámetro entre 10 y 50 μm.

Las fibras vegetales comprenden diversas microestructuras organizadas

jerárquicamente [37] que se disponen en tubos microscópicos concéntricos

alrededor del lumen central (ver Figura II.2).

Figura II. 2: Microestructura de las fibras vegetales.

Como se puede observar, la pared celular de la fibra no es una membrana

homogénea sino que se encuentra constituida de una pared primaria (5) y una pared

secundaria (1, 2, 3). La pared primaria es la capa formada durante el crecimiento de

la célula primaria. Las paredes de dos células adyacentes están unidas entre sí por

lignina, denominándose esta capa, lámina media (6). La pared celular secundaria (S)

consta a su vez de tres capas (S1, S2 y S3) que están formadas por fibrillas de celulosa

semicristalinas orientadas e introducidas en la matriz de hemicelulosa/lignina de

composición variable. En la capa exterior e interior (S1 y S3) las fibrillas están

dispuestas formando un amplio ángulo con el eje de la célula, mientras que la

disposición de las fibrillas en la capa intermedia gruesa (S2) es prácticamente paralela

al eje.



II‐10

Las cadenas de celulosa que se agregan formando microfibrillas en la pared celular se

caracterizan por tener un diámetro de 10 a 30 nm y por poseer de 30 a 100

moléculas de celulosa en su conformación. Por otra parte, la matriz

hemicelulosa/lignina de la pared celular se presenta en fase amorfa y puede incluir

pectina en su conformación. Las moléculas de hemicelulosa están unidas mediante

enlaces de hidrógeno a la celulosa y actúan como una matriz de cemento, formando

redes de celulosa y hemicelulosa, que se cree que constituyen el principal

componente estructural de las fibras naturales.

La lignina se encuentra en mayor proporción en la lámina media. El resto de las capas

de la pared vegetal, incluyendo la pared secundaria (S2), que es la capa más gruesa,

presenta también lignina en su composición, aunque principalmente está constituida

por celulosa y hemicelulosa.

La composición, el radio entre la celulosa y la lignina/hemicelulosa y la orientación de

la celulosa microfílica son parámetros estructurales que varían en la pared celular de

una fibra natural a otra [38]. La celda más externa (S1) es porosa y contiene

prácticamente todos los compuestos no celulósicos, excepto proteínas, sales

inorgánicas y materia colorante, que se encuentran en el lumen de la fibra.

La estructura conformacional, el ángulo microfibrial, las dimensiones de las celdas y

sus defectos, así como la composición química de las fibras son las variables más

importantes para determinar las principales propiedades de las fibras. En general, la

tensión y el módulo de Young aumentan a medida que crece el contenido en celulosa

de la fibra [33].

LA CELULOSA.

Entre el 60% y el 80 % de las paredes celulares de los vegetales están constituidas por

polisacáridos de elevado peso molecular denominados holocelulosas. Entre las

holocelulosas se pueden distinguir polímeros lineales con alto grado de

polimerización (celulosa) y polímeros fácilmente extraíbles en álcalis (hemicelulosa).

La celulosa es el polímero más abundante en la naturaleza, el principal componente

de las plantas leñosas y componente esencial de las fibras naturales. Las fibrillas de

celulosa son un constituyente esencial de los tejidos vegetales, cuya función es dar


II‐11

sostén y resistencia a los mismos debido a su estabilidad y resistencia al ataque

químico y a la tracción mecánica.

En definitiva, se define la celulosa como un homopolímero lineal con elevado peso

molecular y grado de polimerización. Está constituida por entre 200 y 10.000

unidades de β‐D‐glucopiranosa, unidas por enlaces glucosídicos o de tipo éter entre

los carbonos 1 y 4.

Figura II. 3: Enlace glucosídico o glicosídico en la formación de la celobiosa.

En el enlace osídico o glucosídico reacciona el grupo ‐OH hemacetálico del carbono

anomérico (carbono 1) de la β‐D glucopiranosa con el grupo ‐OH del carbono 4 de la

unidad adyacente del mismo compuesto, formándose así un disacárido llamado

celobiosa, con una longitud de 1.03 ηm, y una molécula de agua. Uno de los

extremos de cada cadena presenta en el carbono 1 un grupo aldehído que le confiere

a la sustancia el carácter reductor, debido a que el disacárido formado será

monocarbonílico (ya que contiene un grupo OH libre en el otro carbono anómerico).

La celulosa es una molécula tetraédrica y su forma más estable es la de silla.

Figura II. 4: Posición ecuatorial (‐CH2OH, ‐OH. –O‐) y axial (‐ H) de los grupos constituyentes de

la molécula de β‐D glucopiranosa.

Los grupos (–CH2OH), ‐OH y los enlaces glusídicos se encuentran en la posición

ecuatorial de la molécula y los hidrógenos en la posición axial. Esta es la causa por la

que la celulosa forma uniones inter e intramoleculares por puentes de hidrógeno

dando lugar a la formación de las fibrillas elementales.



II‐12

Las cadenas de celulosa, para conformar las fibrillas elementales, se organizan en

regiones cristalinas (altamente ordenadas) y regiones amorfas (desordenadas). Estas

regiones no poseen fronteras bien definidas, sino que existe una zona transitoria en

donde coexisten ambas zonas.

En las regiones cristalinas, las cadenas de celulosa se ordenan en forma de

microcristalitas y cristalitas que forman las micelas. Estas, a su vez, están formadas

por entre unas 40 a 100 cadenas de celulosa y son las responsables de conferir a las

fibras mayor resistencia a la tracción, al alargamiento y a la solvatación (absorción de

solvente).

La resistencia a la tracción en la región cristalina es quince veces mayor que el valor

presentado en la región amorfa, donde la fibra tiene su mayor flexibilidad. Por todo

esto, la celulosa es considerada un polímero (polisacárido) que exhibe determinado

grado de cristalinidad siendo insoluble en los solventes usuales.

Figura II. 5: Fibrilla elemental.

La celulosa, en forma nativa o fibrilla elemental, conforma un sistema ordenado,

debido a las interacciones por puentes de hidrógeno, con propiedades similares al

cristal. Hoy día se admite que la celulosa presenta una estructura cristalina

monoclínica.

Célula unitaria es el nombre que se otorga al ordenamiento geométrico que se repite

en los ejes principales de la estructura cristalina para formar el volumen total del

cristal, como se aprecia en la Figura II.6.


II‐13

Figura II. 6: Celulosa en forma nativa. Conformación de la estructura cristalina por la presencia

de los puentes de hidrógeno.

Como ya se ha mencionado anteriormente, las fibrillas elementales son la base de la

formación de las microfibrillas que forman las paredes celulares de los vegetales.

Estas se orientan de distinta forma dependiendo de las capas de fibrillas elementales

formadas. Esta estructura superior en forma de cinta, también presenta los grupos –

OH, precursores de los puentes de hidrógeno, y los hidrógenos en su superficie. Esto

hace que se cree una estructura muy cohesionada que le confiere a la fibra una

fuerza excepcional y la hace insoluble en agua a pesar de su carácter hidrofílico [39].



II‐14

Figura II. 7: Estructura de una microfibrillas [40].

LAS HEMICELULOSAS.

Las hemicelulosas son heteropolisacáridos, es decir, un conjunto heterogéneo de

polisacáridos que a su vez los forman un solo tipo de monosacáridos unidos por

enlaces β (1‐4) glicosídicos (fundamentalmente xilosa, galactosa, manosa, glucosa),

que forman una cadena lineal ramificada.

Figura II. 8: Estructura de la unidad básica de la hemicelulosa. Compuesta por: Xilosa,β(1‐4)

Manosa, β(1‐4)Glucosa, α(1‐3)Galactosa.

La misión de la hemicelulosa consiste en revestir las fibrillas de celulosa cristalizando

con ellas, produciéndose la unión mediante enlaces de hidrógeno y formando una

estructura superior llamada macrofibrilla. Las hemicelulosas, por lo tanto, forman

cadenas ramificadas y amorfas más cortas que las de la celulosa y actúan como nexo

de unión entre las microfibrillas.


II‐15

Figura II. 9: Conformación de las microfibrillas. Disposición de las hemicelulosa

La cadena polimérica de hemicelulosa posee un grado de polimerización de 10 a 100

veces menor que el de la celulosa, variando por tanto, dentro del rango entre 50‐300

unidades.

La reactividad química de la hemicelulosa se basa en la presencia de un grupo

carbonilo terminal libre y los grupos hidroxilos de las unidades de polisacáridos

presentes en la cadena así como en las ramificaciones, por lo que pueden

experimentar reacciones de oxidación, reducción, nitración y acetilación. Son

importantes las reacciones de hidrólisis rompiendo los enlaces glicosídicos y

degradándose las cadenas de hemicelulosa tanto en medio alcalino como ácido.

Estas reacciones ocurren con mayor facilidad que en las celulosas, debido a que son

sustancias amorfas, presentan bajo grado de cristalinidad y una mayor accesibilidad

por parte de los reactivos químicos.

Dependiendo del tipo de planta estudiado, las hemicelulosas pueden llegar a

presentar grandes variaciones en su composición, en cambio la estructura de la

celulosa siempre es la misma en las distintas especies [41].

Tanto las celulosas como las hemicelulosas son hidrolizables en ácidos aunque las

hemicelulosas se hidrolizan más rápidamente. Igualmente sufren reacciones de

degradación en medio alcalino. Por lo tanto, estas reacciones no son adecuadas para

la separación entre la celulosa y las hemicelulosas.

LA LIGNINA.

La lignina es un polímero amorfo hidrófobo de estructura tridimensional y

completamente irregular. Consiste en un sistema aromático‐alifático compuesto por

unidades fenil‐propano de estructuras C9. Son moléculas con un elevado peso

aunque no se conoce con exactitud, debido a que no es posible aislar la lignina

cuantitativamente desde la fibra sin que ocurra una degradación química o física.

Generalmente es muy resistente a la degradación microbiológica.



II‐16

La lignina al ser un polímero termoplástico presenta una temperatura de transición

vítrea de aproximadamente 90 oC y una temperatura inicial de fusión de 200 oC. No es

hidrolizable por los ácidos, pero es soluble en álcalis calientes.

Se encuentra depositada en la pared celular y en la lámina media. Tiene la función de

mantener unidas las fibras celulósicas, darle rigidez e impermeabilidad y protegerlas

del ataque químico‐físico y microbiano.

Su estructura química no ha sido definida con exactitud, pero sí se conocen los

grupos funcionales que forman la macromolécula. Estos son: hidróxilo, metóxilo y

carbonilo. La formación de las ligninas es el resultado de las reacciones radicalarias

entre los precursores primarios: alcohol coniferílico, sinapílico y p‐cumárilico [42]

representados en la Figura II.10.

Los precursores primarios son compuestos alcohólicos de tipo p‐hidroxicinamílicos y

se distinguen entre ellos por los sustituyentes del anillo aromático. El alcohol p‐

cumarílico es el único que no presenta sustituyentes y forma las unidades de

hidroxifenilo o unidades H. El alcohol coniferílico presenta un grupo metoxilo en la

posición tres del anillo aromático formando las unidades de guayacilo o unidades G.

Por último, el alcohol sinapílico presenta dos grupos sustituyentes metoxílicos en la

posición 3‐5 formando las unidades de siringilo o unidades S.

Figura II. 10: Precursores primarios de la lignina [43].

Estos alcoholes p‐hidroxicinamílicos se oxidan por la acción de la peroxidasa de las

paredes celulares dando lugar a la formación de los radicales fenóxidos. Las distintas

reacciones de acoplamiento, producidas al azar, que ocurren entre estos radicales,

producen gran variedad de enlaces y estructuras de la lignina.

Uno de los tipos de lignina más abundante en la naturaleza está formado

principalmente por unidades G‐S, que como ya se mencionó anteriormente, supone


II‐17

la copolimerización del alcohol conoferilico y sinapílico. La relación entre las dos

unidades monoméricas varía entre 4:1 a 1:2 [43].

Figura II. 11: Estructura de la lignina latifoliada [44].

Los enlaces entre los alcoholes p‐ hidroxicinamílicos precursores son de los tipos:

‐ Enlace tipo éster (R‐COO‐R´). Estos son los que se dan con mayor frecuencia.

Entre el 40‐60% de las unidades de lignina están formado por enlaces β‐o‐4.

Menos frecuentes son las uniones α‐o‐4 y muy raras las uniones γ‐o‐4.

‐ Enlace tipo Carbono‐Carbono. Los más frecuentes, entre el 5‐20% son las

uniones de los carbonos en la posición 5 del anillo aromático.

‐ Enlace tipo éter (R‐O‐R´). Se producen en las cadenas propílicas y son poco

frecuentes.

Por otro lado, la unión entre estas estructuras variables de la lignina y la celulosa

para formar un agregado mayor cohesionado, tiene lugar debido a los enlaces entre

los carbohidratos de la celulosa‐hemicelulosas y la lignina.

El tipo de unión entre estas sustancias le confiere a la fibra propiedades de

sensiblidad o resistencia a la alcalinidad. El enlace sensible a la alcanilidad forma una

combinación tipo éster entre los grupos hidroxilos de la lignina con los carboxilos de

la hemicelulosa. El enlace resistente a la alcalinidad es de tipo éter y tiene lugar entre

los hidroxilos de la lignina y los hidroxilos de la celulosa. Por todo esto, la lignina es



II‐18

polifuncional, por lo que existe combinada con más de una cadena molecular de

celulosa y/o hemicelulosa, dando lugar a ramificaciones en su estructura. Figura II.11

PECTINAS

La pectina es una de las macromoléculas más abundante dentro de la pared celular.

Tiene como misión la adhesión entre las células y es por eso que se considera una

sustancia cementante de la pared celular, al igual que la lignina y la hemicelulosa.

De esta forma se puede establecer que los componentes que unen las micelas,

microfibrilas y células son la lignina ,hemicelulosas y las sustancias pécticas o pectina,

respectivamente.

Los polímeros pécticos predominan en la región de la lámina media de la pared

celular y son de estructura y composición muy compleja. Químicamente es un

heteropolisacárido compuesto de mezcla de polímeros ácidos y neutros muy

ramificados, siendo el ácido galacturónico (AGal) el mayoritario, al menos en un 65%

de la composición.

Figura II. 12: Constituyente principal de la Pectina.

Estos ácidos (neutros y ácidos) presentan enlaces α‐(1‐ó‐4) entre ellos. Además,

constituyen la llamada estructura lisa del polímero. A esta estructura involucrada

en la formación de la mólecula de pectina se le denomina homogalacturanos.

Esta coexiste con otras, entre la que destaca, por ser más abundante, la llamada

ramnogalacturonano, que conforma la sección ramificada de la pectina. La

estructura de los ramnogalacturanos contiene unidades de ácido galacturónico y

L‐ramnosa (Rha), a los cuales van unidas cadenas de L‐arabinosa (Ara) y D‐


II‐19

galactosa (Gal) unidos todos ellos mediante enlaces covalentes, según se

presenta en la Figura II.13 y Tabla II.2.

Figura II. 13: Representación de la molécula de pectina.

Tabla II. 2: Componentes estructurales de los polisacáridos precursores de la pectina.

Polisacáridos Monómeros mayoritarios

Monómero minoritario

Estructura Química

Homogalacturano (HG)

AGal Ram, Xil AGal unidos por enlaces α‐(1‐4) parcialmente esterificado con metanol o acetilado. Algunos residuos de Ram y Xil

Ramnogalacturanos (RG tipo I)

AGal, Ram Ara, AGal, Xil 1‐2 Ram 1‐4 AGal con cadenas laterales de arabinanos

Arabinanos Ara Ara unida por enlaces α‐(1‐5) con ramificaciones α‐(1‐2) y α‐(1‐3)

Arabigogalacta‐nos

Gal Ara Gal unida por enlaces β‐(1‐4) con ramificaciones de Ara

COMPUESTOS EXTRAIBLES

La composición de los materiales lignocelulósicos incluye también una fracción de

bajo peso molecular soluble en solventes orgánicos y agua. Una de las principales

funciones de estos compuestos extraíbles es la protección de la planta contra

patógenos. Estos compuestos se engloban en:

‐ Los Terpenos: polímeros del isopreno y están relacionados con alcoholes

terpénicos y algunas cetonas.

‐ Las Resinas: amplia variedad de compuestos no volátiles, y con gran cantidad

de contituyentes que conforman la fracción lipofílica predominante en la

pared celular, como son las grasas, ácidos grasos, alcoholes, resinas ácidas,

fitoesteroides y otros compuestos neutros.



II‐20

‐ Fenoles: como los taninos que son polifenoles derivados del ácido gálico y la

catequina. Los compuestos fenólicos libres incluyen también algunos

compuestos precusores de la lignina, aldéhidos y cetonas aromáticos.

‐ Otros: Hidratos de carbono de bajo peso molecular, alcaloides y lignina

soluble.

COMPUESTOS INSOLUBLES

‐ Cenizas: Son las sustancias inorgánicas que se pueden determinar por

incineración del material entre 575 y 8500C. Forman carbonatos, fosfatos,

oxalatos y silicatos.

II.2.2 PROPIEDADES GEOMÉTRICAS.

A diferencia de las fibras sintéticas, las fibras naturales presentan una geometría

variable. Para una fibra procedente de la misma especie de planta, su longitud y su

diámetro varía dependiendo de la planta y de las condiciones de crecimiento: lugar,

temperatura, precipitaciones, etc. Es más, en una misma planta las dimensiones de

las fibras pueden variar de una parte a otra, lo que se debe principalmente a la

torsión surgida por la formación y unión de las cadenas de celulosa.

La longitud y el diámetro son los parámetros principales de una fibra para determinar

la capacidad mecánica de esfuerzo que puede soportar. La relación longitud‐

diámetro tiene una influencia importante en las características mecánicas del plástico

reforzado.

Hay que hacer notar, cuando se habla de longitud de la fibra, que se debe diferenciar

entre longitud de la fibra discontinua y longitud continua o cable de filamentos. La

longitud de la fibra discontinua hace referencia a los segmentos discontinuos que

forman la fibra, mientras que el cable de filamentos representa los segmentos

continuos de longitud indefinida, es decir, al cordón de fibra.


II‐21

En la siguiente tabla se muestran las características geométricas de algunos tipos de

fibras:

Tabla II. 3: Propiedades geométricas de algunas fibras [45].

Fibra Ancho o diámetro (µm) Relación l/d de celda

Coco 100‐450 35 Platanera 80‐250 150 Sisal 50‐200 100 Hoja de piña 20‐80 450 Palmera 70‐1300 43

II.2.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS

Según estudios realizados, la resistencia a la tensión de las fibras naturales es por lo

general menor que la correspondiente a las fibras sintéticas, especialmente la fibra

de vidrio y la de carbono, mientras que la rigidez es similar para las fibras naturales y

sintéticas. [46, 47]. Ahora bien, si se comparan ambos grupos de fibras con sus

propiedades específicas, se ven favorecidas las fibras naturales, ya que su densidad

suele ser por término medio la mitad que la de las sintéticas.

Tabla II. 4:Propiedades físicas y mecánicas de algunos tipos de fibras [48].

Fibra Densidad (g/cm3)

Diámetro (µm)

Elongación (%)

Esfuerzo de Tensión (MPa)

Módulo de Young (GPa)

Algodón 1,5‐1,6 ‐ 7,0‐8,0 287‐800 5,5‐12,6

Yute 1,3‐1,45 25‐200 1,16‐1,8 393‐773 13‐26,5

Lino 1,5 ‐ 2,7‐3,2 345‐1100 27,6

Cáñamo ‐ ‐ 1,6 690 ‐

Ramio 1,5 ‐ 1,2‐3,8 400‐938 61,4‐128

Sisal (Cabuya) 1,45‐1,5 50‐200 3,0‐7,0 468‐635 9,4‐22

PALF ‐ 20‐80 1,6 413‐1627 34,5‐82,51

Coco 1,15‐1,2 100‐450 15‐40 131‐175 4,0‐6,0

Viscosa ‐ ‐ 11,4 593 11

Madera suave de kraft 1,5 ‐ ‐ 1000 40

Fibra de vidrio‐E 2,5 ‐ 2,5 2000‐3500 70

Fibra de vidrio‐S 2,5 ‐ 2,8 4570 86

Aramidos (normal) 1,4 ‐ 3,3‐3,7 3000‐3150 63‐67

Carbón (estánd.) 1,4‐1,7 ‐ 1,4‐1,8 4000 230‐240

En la tabla II.4 se presenta las propiedades físicas más relevantes para el uso como

refuerzo de materiales termoplásticos de algunas fibras vegetales y sintéticas.

Otro aspecto a considerar en el estudio de las propiedades físicas es la cantidad de

fibra a añadir al material compuesto. En este sentido, Ku y colaboradores [49]



II‐22

establecen que las propiedades de tracción de los polímeros reforzados con fibras

naturales (ya sean termoplásticos o termoestables) están en gran medida

influenciadas por la interfase fibra‐matriz. En su publicación referenciaron diferentes

modificaciones químicas para mejorar la ya mencionada interfase y, por tanto, las

propiedades de tracción del compuesto. En general, la resistencia a tracción de los

composites poliméricos con fibras naturales aumenta con el contenido de fibra hasta

un valor máximo u óptimo, a partir del cual disminuye. Sin embargo, el módulo de

Young siempre aumenta con el contenido de fibra.

En el caso concreto de la fibra que nos ocupa, se han realizado diversas

investigaciones para determinar sus propiedades mecánicas y las de sus materiales

poliméricos compuestos [50‐63]. Todas ellas coinciden en la obtención de resultados

que confirman la idoneidad de este tipo de material en múltiples aplicaciones

industriales.

II.2.4 MODIFICACIÓN DE LAS FIBRAS NATURALES

Como se comentó anteriormente, las principales desventajas asociadas al empleo de

las fibras naturales como refuerzo de matrices poliméricas están relacionadas con la

pobre compatibilidad que existe entre fibra y matriz y el elevado contenido de

humedad de la fibra. De ahí la necesidad de modificar esta última para mejorar la

adhesión entre ambos elementos. El estudio de estos tratamientos es una etapa

esencial para el desarrollo de los materiales compuestos, pudiéndose distinguir entre

procedimientos físicos, químicos o una combinación de ellos.

Los métodos físicos tienen la particularidad de que producen cambios estructurales

como la energía superficial, enlaces a través de las superficies o bien radicales libres

reactivos [64]. Estos efectos se consiguen sometiendo a las fibras a descargas

eléctricas mediante los tratamientos de corona y plasma frío [65‐72].

Los métodos químicos introducen un nuevo material capaz de formar enlaces entre

la fibra y la matriz, al poseer propiedades intermedias entre ambos. Generalmente

estos agentes químicos de enlace tienen dos funciones: a) reaccionar con los grupos

hidroxilo de la fibra y b) reaccionar con los grupos funcionales de la matriz; actuando

de esta manera de enlace entre fibra y matriz.


II‐23

Existen una gran variedad de métodos [73] entre los que destacan con mayor

significación los tratamientos alcalinos [74‐82], tratamientos con AKD (Dímero Alquil

Ketano) [83], cianoacetilación [84] y tratamientos con vapor [85], entre otros.

Según Li y colaboradores [76], los principales tratamientos químicos a los que se

puede someter a la fibra son los siguientes:

Tratamiento alcalino [74‐82]

El tratamiento alcalino, también denominado maceración, es uno de los

tratamientos químicos más empleados con las fibras naturales cuando se usan

como refuerzo de matrices poliméricas. La acción más importante que ejerce este

tratamiento es la ruptura de los enlaces de hidrógeno en la red estructural,

aumentando con ello la rugosidad superficial, al mismo tiempo que elimina parte

de la lignina, ceras y aceites que cubren la superficie externa de la pared celular.

La adición de soluciones acuosas de hidróxido de sodio (NaOH) a las fibras

naturales promueve la ionización del grupo hidroxilo a alcóxido. Esto se consigue

sumergiendo las fibras naturales en disoluciones de NaOH durante un periodo

determinado de tiempo, lo cual se puede realizar a diferentes concentraciones y

con diversas condiciones de presión y temperatura

En general, el tratamiento alcalino tiene dos efectos principales en la fibra:

• Incrementa la rugosidad de la superficie resultando en un mejor anclaje

mecánico.

• Aumenta la cantidad de celulosa expuesta en la superficie de la fibra

incrementando el posible número de reacciones.

En consecuencia, el tratamiento alcalino tiene efectos en el comportamiento

mecánico de la fibra, especialmente referente a su resistencia y rigidez.

Tratamiento con silanos [86]

El silano es un compuesto orgánico químico con una estructura química muy

especial: X–(CH2)n–Si–(OR)3, donde X representa un grupo funcional orgánico

como amino, vinilo, epoxi,… El grupo OR es normalmente un grupo metoxi o etoxi

(esto es, CH3–O y CH3–CH2–O, respectivamente). Los silanos son utilizados como

agentes de acoplamiento para permitir a las fibras, sobre todo las de vidrio,

adherirse a la matriz polimérica, estabilizando de esta manera el composite. Estos



II‐24

agentes químicos pueden reducir el número de grupos hidroxilos en la interfase

matriz–fibra y de esta manera aumentar la resistencia a la humedad.

Muchas investigaciones se han enfocado en tratar los silanos para la modificación

de la superficie de las fibras de vidrio. Sin embargo, se ha comprobado que los

agentes de acoplamiento de silano también son efectivos en la interfase entre las

fibras naturales y las matrices poliméricas.

Acetilación de las fibras [84, 87‐89]

La acetilación consiste en una reacción química mediante la cual se introduce un

grupo acetilo en un compuesto químico. La acetilación de las fibras naturales

provoca una esterificación que causa la plastificación de las fibras celulósicas. La

reacción incluye la generación de un subproducto, el ácido acético, que debe ser

eliminado antes del uso de la fibra.

El grupo acetilo introducido sustituye los grupos hidroxi de la pared celular de la

fibra, modificando sus propiedades y dándole un carácter más hidrófobo.

Tratamiento con cloruro de benzoilo [90,91]

El cloruro de benzoilo es un compuesto químico utilizado muy a menudo en el

tratamiento de las fibras. Este cloruro incluye un grupo benzoilo que logra una

disminución de la naturaleza hidrófila de las fibras tratadas y mejora la interacción

con las matrices hidrófobas.

Esta clase de tratamiento mejora la adhesión de las fibras a la matriz,

aumentando la resistencia del composite, disminuyendo su absorción de agua y

mejorando su estabilidad térmica.

Tratamiento con anhídrido maleico [92, 93]

La diferencia con otros tratamientos químicos es que el anhídrido maleico no sólo

es usado para modificar la superficie de la fibra sino que también la matriz alcanza

mejores enlaces en la interfase y mejora sus propiedades mecánicas.

Así, por ejemplo, al tratar con anhídrido maleico una matriz de polipropileno, las

cadenas de PP permiten que el anhídrido maleico se una y se injerte en el

polipropileno formando el MAPP. De esta forma, al tratar las fibras con MAPP se

favorece la creación de enlaces covalentes a través de la interfase.


II‐25

Tratamiento con permanganato [94,95]

Los permanganatos son las sales del ácido permanganésico (HMnO4). Se trata de

sustancias de un intenso color violeta y alto poder oxidante que contienen el

anión MnO4–.

El tratamiento con permanganato conduce a la formación de radicales de celulosa

a través de la formación de iones Mn. Entonces, los iones Mn3+, que son

altamente reactivos, son los responsables de iniciar la copolimerización del

injerto.

La mayoría de los tratamientos con permanganato se llevan a cabo utilizando

permanganato potásico (KMnO4) en diferentes concentraciones con una

inmersión de la fibra durante un período de 1 a 3 minutos y un tratamiento

alcalino previo.

Como resultado de este tratamiento, se obtiene una fibra con una naturaleza

menos hidrófila, por lo que la absorción de agua de los plásticos reforzados

disminuye. A medida que se aumenta la concentración de KMnO4 la tendencia

hidrófila disminuye en mayor medida hasta concentraciones superiores a un 1%.

A partir de este valor, ocurre la degradación de las fibras lo que conlleva una

menor compatibilidad entre las fibras y la matriz.

Tratamiento con peróxido [90, 96]

Los peróxidos son sustancias con un grupo funcional característico, ROOR, que

presenta un enlace oxígeno–oxígeno. Los peróxidos orgánicos tienden a

descomponerse fácilmente en radicales libres de la forma RO‐ y RO‐; y éstos

reaccionan con el grupo hidrógeno de la matriz y con la celulosa de las fibras.

El peróxido más utilizado para realizar este tipo de tratamiento a las fibras

naturales es el peróxido de benzoilo (C6H5CO)2O2.

Tratamiento con isocianatos [97]

Un isocianato es un compuesto que contiene al grupo funcional que lleva el

mismo nombre, ‐N=C=O, el cual es altamente susceptible de reaccionar con los

grupos hidroxilo de la celulosa y la lignina de la fibra.

Uno de los componentes más utilizados para este tipo de tratamiento es el

poli(metil fenil isocianato) (PMPPIC).



II‐26

Tratamiento con triazinas [98]

Los derivados de triazina forman uniones covalentes con las fibras de celulosa.

Así, este tratamiento disminuye la absorción de las fibras de celulosa y de sus

composites, ya que las triazinas disminuyen en cierto grado el número de grupos

hidroxilos en la celulosa, reduciendo de esta manera la naturaleza hidrófila de la

superficie de las fibras y restringiendo el grado de humedecimiento, debido a la

formación de una red entrecruzada por los enlaces covalentes entre la fibra y la

matriz.

II.2.5 PRODUCCIÓN DE FIBRAS NATURALES

La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO)

eligió el 2009 como el Año Internacional de las Fibras Naturales (AIFN). Su objetivo

era concienciar a los consumidores de la importancia de estos cultivos para el medio

ambiente, la salud y la seguridad alimentaria de todo el planeta.

Las aplicaciones de las fibras naturales son cada vez más diversas. Además de su

milenario uso textil (en México y Pakistán se han encontrado vestigios de artículos de

algodón de hace 5.000 años a. C.), cada vez más sectores industriales encuentran en

estos materiales nuevas aplicaciones, como por ejemplo en materiales compuestos o

en implantes médicos.

En cuanto a sus ventajas para el medio ambiente y la salud, la utilización de forma

sostenible de las fibras de origen vegetal y animal proporciona un recurso natural y

renovable, evitando el impacto de los materiales sintéticos, que utilizan

principalmente sustancias derivadas del petróleo, como ya se ha comentado

anteriormente.

Según la FAO, la producción mundial de fibras en su conjunto coorespondiente al año

2009, se ubica en 70.500.000 t. De esta cifra, 23.400.000 t corresponde a la

producción de fibras naturales, y el resto: 47.100.000 t, a la producción de fibras

artificiales.


II‐27

Figura II. 14: Producción de fibras por grupo [99].

Del total de fibras naturales, la producción de fibras vegetales se lleva la mayor parte

(21,4 mill t), mientras que el resto, 2 mill t, corresponde a total de fibras animales.

Figura II. 15: Producción de fibras naturales [99].

A su vez, los 21,4 mill t están compuestas por las siguientes fibras:

Algodón: Producción mundial 2009: 20.700.000 t. Producido por cerca de 80

países, utiliza entre el 2 y 3% del área cultivable del mundo. Más del 80%

total de la producción mundial está centralizada en seis países: China, Brasil,

India, Pakistán, Estados Unidos y Uzbekistán.

Sisal y Henequén (ágaves): Producción mundial 2009: 230.000 t. El sisal es

cultivado para fibra en Brasil, Kenia, Tanzania, China, Cuba, Haití,

Madagascar y México. Solo los tres primeros, producen 175.000 t.

Lino: Producción mundial 2009: 160.000 t. Los mayores productores son:

Francia, Bélgica y los Países Bajos. Le siguen en importancia: China,

Bielorrusia y la Federación Rusa.



II‐28

Ramio: Producción mundial 2009: 170.000 t. La producción de ramio está

monopolizada por China. En menor proporción se produce en Brasil,

República PD de Laos y las Filipinas, generalmente para consumo interno.

Cáñamo: Producción mundial 2009: 100.000 t. El productor líder es China,

Unión Europea, Chile y Corea. En la Unión Europea los mayores productores

son Francia, Alemania y el Reino Unido.

Según datos publicados en el informe de 2011 Opportunities in Natural Fiber

Composites, por la Consultoría de Gestión Global de Empresa e Investigación de

Mercado Lucintel, el mercado de fibras naturales mundial alcanzó la cifra de 2,1

billones de dólares americanos en 2010, con una tasa de crecimiento anual del 15%

en los últimos 5 años. Los sectores de la construcción y de la automoción fueron los

que más aplicaciones presentaron con estos materiales.

Figura II. 16: Tendencia de evolución de las fibras naturales. Fuente: Lucintel.

Aún así, desde hace 30 años la variación de la demanda de fibras naturales no ha

crecido del mismo modo que la demanda de fibras sintéticas. El crecimiento de la

demanda de estas últimas ha representado un salto significativo, obligando a la

industria a triplicar la producción para cubrir la demanda. Por su parte, ha sido en los

últimos años cuando la demanda de fibras naturales ha comenzado a igualar el ritmo

de crecimiento de las fibras sintéticas. Actualmente, la demanda conjunta de ambos

tipos de fibras asciende a 105 millones de toneladas.

II.2.6 FIBRA DE PLATANERA

El trabajo que aquí se presenta tiene como objetivo central proponer la fibra de la

platanera canaria obtenida de las hojas superpuestas que constituyen su tronco, y


II‐29

denominada badana, como un material de alto interés por sus propiedades físicas,

químicas y mecánicas como material de refuerzo en materiales plásticos.

La principal aplicación tradicional de la badana ha sido como elemento de soporte

(cinta de atar), si bien desde hace unas décadas se viene utilizando como materia

prima en artesanía: cestería, flores artificiales,... La materia vegetal de desecho

(pseudotallo y hojas) obtenida tras el corte del fruto se emplea actualmente como

forraje para el ganado vacuno y caprino que existe en las islas, si bien el desarrollo de

la ganadería intensiva lo está sustituyendo por piensos elaborados, lo que ha

motivado que estos desechos vegetales pasen a depositarse en los barrancos o en los

márgenes de las explotaciones plataneras, donde se convierten en material en

descomposición. Así pues, además del objetivo principal de este trabajo ya descrito

anteriormente, se pretende plantear una salida industrial a los desechos vegetales

producidos por las explotaciones agrarias del cultivo de plátanos en las Islas Canarias,

lo que supondría, además, un valor añadido a este cultivo, dado que una platanera

sólo da un racimo de plátanos en su vida, por término medio, lo que supone una gran

cantidad de material de desecho.

La platanera es una planta del género Musa. El género Musa es muy antiguo y ha sido

clasificado en cuatro secciones, donde además, el sistema de clasificación

internacional de la Red Internacional para el Mejoramiento del Banano y Plátano

(INIBAP), del Instituto Internacional de Recursos Fitogenéticos (IPGRI)(1998)

considera a los híbridos formados entre especies de este género.

Es precisamente a este género al que pertenece la mayoría de plantas cultivadas en

Canarias. Este cultivo fue introducido en las Islas Canarias por los portugueses, poco

después de 1402 y de ahí pasó al Nuevo Mundo.

En 1516, Fray Tomás de Berlanga, obispo de Panamá, introdujo en Santo Domingo las

primeras plantas de bananos, procedentes de Islas Canarias, desde donde se propagó

a otras islas del Caribe y posteriormente al continente.

Si se realiza un análisis morfológico de la platanera, se observa que ésta es una

especie vegetal monocotiledónea, lo que significa que no posee madera y, por tanto,

no dispone de un verdadero tronco, por lo que se habla de pseudotallo o

pseudotronco. Tras el corte del racimo de plátanos, se procede también al corte de

dicho pseudotronco, llamado rolo en Gran Canaria. El rolo o falso tronco está



II‐30

compuesto por varias vainas o garepas dispuestas en espiral, fuertemente apretadas,

de las que parten las hojas. En el centro de estas hojas se encuentra la vela, que sirve

de soporte al pseudotronco y al racimo (Figuras II.17 y II.18).

Figura II. 17: Planta de Platanera Canaria. Figura II. 18: Partes del Pseudotallo.

Si se observa la estructura del pseudotronco de la platanera y de las hojas que lo

componen se puede distinguir que las hojas se encuentran superpuestas unas

encima de otras, de manera concéntrica, encontrándose en el centro del

pseudotronco la vela, tal y como ya se ha comentado. Es en las hojas donde se

encuentra el mayor contenido en fibra acsesible.

Una fibra de este tipo es por sí misma un material compuesto. Como ya se describió

en apartados anteriores, la fibra de platanera canaria está constituida por filamentos

de celulosa unidos entre sí por medio de sustancias fibrosas como lignina y pectina.

Como se recordará, cada fibrilla posee una compleja estructura de capas, consistente

en una fina pared primaria que rodea a su vez a otra pared de un espesor mayor que

recibe el nombre de pared secundaria. Esta pared secundaria está formada por tres

capas, dos de ellas (exterior e interior) de pequeño espesor y una intermedia de

espesor mayor. Es esta última capa, la de mayor espesor, la que dota a la fibra de sus

propiedades mecánicas.

CULTIVOS DE PLATANERAS EN CANARIAS.

La explotación del plátano en Canarias, en régimen de monocultivo, comenzó a

finales del siglo XIX con la instauración de los Puertos Francos y, desde entonces, ha

sido uno de los pilares fundamentales de la economía canaria.


II‐31

Varias son las especies cultivadas en las islas encontrándose ejemplares de las

variedades Pequeña Enana, Gran Enana, Gruesa Palmera, Zelig, Brier y Jonson Negra.

La planta puede alcanzar hasta los tres metros de alto, en función de la especie, con

hojas de entre 1 y 1,5 metros de largo.

Canarias, gracias a sus peculiares condiciones climáticas, es el punto de Europa en el

que se concentra la mayor parte de la producción europea del plátano. Este cultivo

está presente en cinco de las siete islas que conforman el archipiélago, siendo en La

Palma, Tenerife y Gran Canaria las islas en las que este cultivo alcanza su mayor

extensión.

Sus ciclos de cultivo están influenciados por aspectos tan variados como la

localización de la plantación, el marco de plantación y el tipo de plantación (al aire o

protegido).

A medida que se aleja la localización de la plantación de las zonas costeras hacia

zonas más altas, las pariciones (o recogidas) ocurren a los 7‐8 meses del plantado. En

zonas más cálidas el plantado se realiza entre los meses de Junio a Octubre,

produciéndose la parición a los 10‐12 meses.

El marco de plantación también es un aspecto de influencia en el ciclo de cultivo de la

platanera, ya que en explotaciones con altas densidades se recomienda una

plantación temprana con ciclos de recogida de 7‐8 meses.

De forma genérica se puede considerar que la parición ocurre una vez al año, lo que

implica que una vez cortado el racimo de plátanos se produce el corte del

pseudotronco para favorecer el crecimiento del hijo o nueva planta. Si se consideran

unas 1.000 plantas/ha y se sabe que la superficie cultivada en las islas es de 9.562 ha,

se puede determinar que la producción total anual de pseudotallos es de 9.562.000

planta/año. Por otro lado, si el peso medio de un rolo de Pequeña Enana se estima

en 13,1 kg/pseudotallo y la masa total de pseudotallos es de 125.262 t/año, de la

cual se estima un contenido en fibra del 0,63%, resulta que la oferta estimada de

fibra potencial procesable es de 789 t/año.

Según las estadísticas publicadas por la Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y

Medio Ambiente del Gobierno de Canarias en 2009 [http://www.ccelpa.org/informe‐

anual/IA2011/2010/08‐2010.pdf], la superficie total canaria dedicada a la explotación



II‐32

agrícola es de 41.546 hectáreas. Debe indicarse que en este registro se incluyen las

ocupaciones sucesivas y asociadas en un mismo terreno, por lo que el total de la

superfi cie excede la disponible al incluir un cierto grado de reutilización.

En este contexto, y distinguiendo según el tipo de cultivo a escala regional, se aprecia

que los plátanos ocuparon la mayor extensión, con un 21,9% sobre el total, seguido

por los viñedos, que suponen el 21,1% de las hectáreas disponibles en el

Archipiélago, y las papas, que representan el 9,7% de la superficie total cultivable en

las Islas.

Atendiendo a la información que facilita la Asociación de Organizaciones de

Productores de Plátanos de Canarias (ASPROCAN), la producción de plátanos en las

Islas durante 2010, sin contar aquella retirada del mercado, se estableció en 388.563

toneladas, lo que supone un incremento interanual del 10,3 por ciento.

Por provincias, se constatan aumentos interanuales bastante similares en ambas

provincias, resultando ligeramente más intenso el experimentado en la provincia de

Las Palmas (10,5%), para una cantidad final de 75.770 t, frente al ascenso, algo

menor, en la provincia occidental, del orden del 10,2%, que le condujo hasta las

312.793 t.

Sin embargo, en cuanto a su participación relativa sobre el total regional, la provincia

de Santa Cruz de Tenerife mantiene su posición predominante, al aglutinar el 80,5%

de la producción platanera en Canarias.

La trayectoria descrita por la producción del plátano en Canarias significa recuperar

la dinámica alcista, iniciada en 2005, y que durante el ejercicio 2009 se había visto

interrumpida. Del mismo modo, al trasladar la comparativa al último lustro (2006‐

2010), se aprecia que las toneladas de plátanos recogidas durante el pasado

quinquenio, registraron un avance, del 11,6%, en relación con el ejercicio 2006,

debido al incremento acaecido en el mercado interior y, especialmente, en el

peninsular.

Respecto a la comercialización del plátano, debe destacarse que la distribución de la

producción canaria por destino ofrece escasas diferencias en cuanto a su estructura

respecto a la observada durante ejercicios precedentes, reservándose el grueso de la


II‐33

producción al mercado nacional. Así, un 89,9% de la producción platanera se destina

al mercado peninsular, dedicándose al abastecimiento local un 9,9%, mientras que la

exportación del producto a terceros países resulta poco significativa, dado su bajo

volumen.

En términos relativos, tanto el plátano destinado a la península, como el

comercializado para el consumo interior del Archipiélago reflejaron sendos ascensos

respecto al ejercicio anterior, estimados en el 9,8% y el 28,5%, respectivamente.

En términos de rentabilidad, cabe indicar que la actividad platanera en Canarias ha

acusado un significativo retroceso, como consecuencia, entre otros factores, de la

fuerte competencia que supone la entrada de banano procedente de países

extracomunitarios, con precios y costes de producción muy inferiores, que hacen

bajar el precio del plátano hasta niveles poco rentables para los agricultores canarios.

De ahí que la presente investigación, además de sus objetivos técnicos y de

disminución de desechos ya mencionados, persiga la ambiciosa propuesta de añadir

un valor socioeconómico al cultivo de plataneras en Canarias que favorezca el

mantenimiento del sector y, si es posible, su crecimiento en un ámbito sostenible.

Como se comentó anteriormente, son diversos los trabajos que se han realizado para

evaluar las propiedades de los materiales compuestos con fibra de platanera,

concluyéndose el elevado potencial que ofrecen las mismas como refuerzo de

matrices poliméricas. Sin embargo, y dado que existe una enorme influencia sobre las

propiedades físicas y mecánicas de las fibras en función de las distintas variedades de

la planta, su edad, su cultivo, condiciones climáticas, etc., hay que destacar que no se

ha referenciado ningún estudio de caracterización de las fibras de platanera canaria;

de ahí la realización del presente trabajo.

II.3. LOS POLÍMEROS

Un polímero es una gran molécula construida por la repetición de pequeñas unidades

químicas simples llamadas monómeros. En algunos casos, la repetición es lineal,

como una cadena formada por eslabones. En otros casos, la repetición tiene lugar

formando cadenas ramificadas o interconectadas formando retículos

tridimensionales.



II‐34

La longitud de la cadena del polímero viene especificada por el número de unidades

que se repiten en la cadena. A éste se le llama grado de polimerización. El peso

molecular de los polímeros es el producto del peso molecular de la unidad repetitiva

por el grado de polimerización. La mayoría de los polímeros tienen pesos moleculares

comprendidos entre 10.000 y 1.000.000.

Uno de los posibles criterios para la clasificación de los materiales poliméricos se

fundamenta en la estructura de las cadenas, dando como resultado materiales

termoestables, elastómeros y termoplásticos.

Figura II. 19: Estructuras de las cadenas poliméricas [100].

Los materiales termoplásticos son polímeros lineales, que pueden estar ramificados o

no. Algunos materiales de este grupo son: polipropileno (PP), polietileno (PE),

poliestireno (PS) y el cloruro de polivinilo (PVC).

Los termoestables constan de estructuras moleculares tridimensionales y reticuladas.

Se caracterizan por una mayor rigidez y mayor temperatura de uso comparadas con

los termoplásticos. Entre este tipo de polímeros hay que destacar el fenol‐

formaldehido (PF), melamina‐formaldehido (MF), urea‐formaldehido (UF) y epoxi,

entre otros.

Los elastómeros se componen de moléculas reticuladas de mallas menos cerradas. El

número de puntos de unión dependen del número de grupos funcionales del


II‐35

monómero de partida e influye sobre la elasticidad del material. La reticulación se

produce sobre el primer moldeo, posteriormente es imposible cualquier cambio de

forma o soldadura. Estos polímeros tienen gran flexibilidad y elasticidad. A este

grupo pertenecen materiales como el látex, caucho natural (NR) y polibutadieno,

entre otros.

II.3.1. APLICACIONES DE LOS PLÁSTICOS

En los últimos años los plásticos y los polímeros han ido sustituyendo cada vez en

mayor medida a materiales naturales como la madera, el algodón, el acero, el

cemento, el papel o la lana. Debido a ello el consumo de estos materiales ha

aumentado en nuestra sociedad, sobre todo por los bajos costes económicos

asociados a su obtención y a la fácil disponibilidad que se tenía del petróleo.

Figura II. 20: Consumo de plásticos en la UE [101].

Plásticos en el envase y embalaje

Los envases y embalajes plásticos han constituido un factor de desarrollo en la

sociedad al cambiar nuestra perspectiva de la conservación de productos y

alimentos. Los materiales plásticos se han utilizado en este campo debido a su poco

peso, suponiendo un ahorro de materia prima respecto a otros materiales utilizados



II‐36

para el mismo fin, como el papel, y también un ahorro de combustible en el

transporte de los productos envasados.

En la actualidad se comercializa una buena cantidad de polietileno de baja densidad

(PEBD) en forma de rollos de plástico transparente para embalajes. El polietileno de

alta densidad (PEAD) se utiliza para componer películas plásticas más gruesas, como

las bolsas de basura. Otros polímeros que se utilizan como envase o embalaje son el

polipropileno, el poliestireno o el policloruro de vinilo (PVC), utilizado en lugares u

objetos donde se requiere estanqueidad, ya que no permite el paso de gases.

Plásticos en la construcción

Aproximadamente un 20% de los plásticos que se utilizan en Europa se destinan para

productos de la industria de la construcción. Y después de los envases, es en la

construcción donde más se utilizan los plásticos.

Lo que hace de los plásticos un material ideal para la construcción es su solidez, su

flexibilidad y su resistencia al agua y al calor. Además, son muy ligeros y apenas

requieren mantenimiento, ya que no se oxidan ni se pudren.

En el sector de la construcción el plástico representa un papel importante en el

campo de la eficiencia energética. De hecho, después del transporte, la construcción

es donde mayor cantidad de energía se consume. Los plásticos son imprescindibles

para el aislamiento térmico y el sellado, siendo así una excepcional ayuda para

mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de dióxido de carbono.

Así, el poliestireno expandido puede usarse como aislante térmico, ya que está

compuesto por una gran cantidad de burbujas de aire, que dificulta la transferencia

de calor. El polietileno de alta densidad (PEAD) y el policloruro de vinilo (PVC) se

utilizan para la instalación de tuberías. El PVC puede emplearse también en láminas

como material de construcción. Se utilizan también variedades de plástico para el

aislamiento de cables e hilos eléctricos. Otros tipos de plásticos, como los paneles

fenólicos, permiten fabricar marcos para puertas, ventanas y techos, etc.


II‐37

Plásticos en la medicina

La esperanza de vida y la mejor calidad de ésta se debe en gran parte a la utilización

de los plásticos. En España, más de 125.000 personas disfrutan de un mejor nivel de

vida gracias a un marcapasos fabricado con plástico, según datos facilitados por la

Asociación Nacional de Cardiología. Además, otros productos del área sanitaria

tienen al plástico como principal componente. Las jeringuillas, lentillas, prótesis,

cápsulas, envases de productos farmacéuticos, bolsas de sangre y suero, guantes,

filtros para hemodiálisis, válvulas, tiritas, gafas, e incluso, el acondicionamiento de

cada una de las salas de un hospital se construye con materiales plásticos.

Plásticos en la electrónica

El empleo de los plásticos ha permitido mejorar sensiblemente las comunicaciones,

ya que por un lado contribuye al ahorro de los combustibles empleados en el

transporte debido a su menor peso; y por otro, su capacidad como aislante protege

al dispositivo de los agentes externos: Internet, comunicaciones por satélite, cable,

ordenadores personales, telefonía fija y móvil, etc. El área más importante de

consumo en este sector son los equipamientos electrónicos.

Plásticos en la agricultura

La producción en el campo se ha triplicado gracias a la plasticultura, o cobertura de

los cultivos agrícolas con plásticos para protegerlos de los agentes externos. Las

aplicaciones más extendidas de la plasticultura son: acolchamiento de suelos, túneles

de cultivo, invernaderos, tuberías para conducción de agua y drenaje, filmes para

ensilar, cortavientos, láminas para embalses y cordelería. La resistencia al impacto y

al rasgado, la transparencia a la radiación solar, la dispersión de la luz y la reducción

del riesgo de heladas, son entre otros, los beneficios que ofrecen los plásticos en la

agricultura.

Plásticos en el transporte [102]

El uso de los materiales plásticos en la fabricación de piezas para la industria

automotriz crece sin cesar debido a las características de estos materiales. Su

utilización en la fabricación de los vehículos es cada vez más frecuente, sustituyendo

a los materiales convencionales.



II‐38

En la actualidad, uno de los factores más importantes del diseño de vehículos tenidos

en cuenta por los fabricantes es la reducción del peso, obligados no sólo por las

necesidades del propio mercado, sino también por las directivas europeas en vigor.

Dado que el aluminio y el plástico son materiales menos pesados que el acero, hoy

en día se han sustituido este último material por los primeros en muchas piezas,

como por ejemplo, las aletas delanteras de los modelos Renault Clio ‘98 y ‘01,

Peugeot 307 y Renault Scenic (que son de plástico) y los capós de Peugeot 307 y Opel

Vectra C (que actualmente se fabrican de aluminio).

Se estima que, actualmente, la utilización de materiales plásticos en un vehículo se

sitúa alrededor de un 14%, cerca de unos 140 kg, en base al peso del vehículo. Se

espera que este valor aumente en un futuro, según los estudios realizados y teniendo

en cuenta los avances en el campo de la transformación de plásticos, que permitirán

fabricar piezas cada vez más complejas y ligeras, con plásticos técnicos de elevadas

prestaciones y a un coste económico aceptable.

El mayor porcentaje de utilización de estos materiales en un automóvil se encuentra

en el interior del habitáculo. Ejemplos de ello son los revestimientos de puertas,

montantes y techo, panel de instrumentos o acolchado de los asientos, entre otros.

Pero también es posible encontrar piezas plásticas en el exterior del vehículo:

parachoques, rejillas, molduras y spoilers, carcasas de faros, tapacubos o

guardabarros, por ejemplo.

El plástico más empleado en el sector automotriz es el polipropileno (PP) con cerca

de un 30% en peso. Su mezcla para formar EPDM (Caucho etileno propileno dieno) es

una de las más utilizadas para la fabricación de parachoques. También se puede

encontrar PP en el guardabarros, carcasas del sistema de calefacción, depósitos de

líquidos, alerones, spoilers, tapacubos y en los aislantes para cables. En segundo

lugar destaca el caucho utilizado para la fabricación de los neumáticos y, finalmente

los denominados polímeros técnicos y los elastómeros. Así, la poliamida (PA), de gran

resistencia a la fatiga, la abrasión y al impacto, se utiliza en tapacubos, rejillas,

carcasas y ventiladores. Los diferentes tipos de poliuretanos (PUR), son utilizados en

los sistemas de absorción de energía, juntas, spoilers o como aislantes térmicos y

acústicos. Los vinílicos, como el PVC, se utilizan como revestimiento aislante de los


II‐39

cables por su bajo precio y su resistencia a la combustión, además de en tubos

flexibles, recubrimientos y juntas. Los polietilenos (PE) se utilizan como aislantes para

cableados, depósitos de combustible, juntas, cajas de batería, etc. Los polímeros

transparentes (PMMA, PC) se utilizan en faros y pilotos donde su peso, resistencia al

impacto y posibilidad de formas geométricas ha desplazado al vidrio. El PC, también

aparece presente en piezas como paragolpes, spoilers o componentes eléctricos

sometidos a altas temperaturas. Por último, el ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno),

material rígido, duro y tenaz, se puede encontrar en rejillas, carcasas, guanteras,

apoyabrazos o tapacubos.

En España, el Instituto Tecnológico del Plástico, Aimplas, perteneciente a la Red

Tecnológica de Automoción (Redita), participó en el año 2009 en un proyecto de

investigación que tiene entre sus objetivos desarrollar biomateriales a partir de

resinas y fibras naturales, destinados al sector del automóvil.

Estos innovadores materiales proporcionan un mejor aislamiento acústico y térmico

en aplicaciones de automoción como paneles laterales y techado del vehículo,

maleteros, así como en paneles para separar el motor de los compartimentos de los

pasajeros. Además, se utilizan también como elementos estructurales de las

carrocerías de los vehículos. Este proyecto se enmarca dentro del Programa de

Especial Relevancia de la Consellería de Industria, Comercio e Innovación, y en él

participan 10 pymes de la Comunidad Valenciana, Asociación Valenciana de la

Industria de la Automoción de la Comunidad Valenciana (Avia) y los institutos

tecnológicos Aimplas, Aimme, IBV e ITE, con la coordinación de Redita.

En la investigación se desarrollaron paneles y otras piezas para vehículos a partir de

plásticos reforzados con fibras naturales como el lino, el cáñamo o el yute.

En junio de 2009, la revista digital Mundo Material publicaba que Toyota ha

investigado el uso de kenaf en aplicaciones de automoción durante casi una década.

Toyota usó kenaf como material en el marco de una puerta en el 2000, pero en 2008

ya lo usaba en 5 componentes en un total de 27 modelos, principalmente de gama

alta. Algunos de los primeros ejemplos de partes de coche donde Toyota usó kenaf

fueron los siguientes:

2000: Celsior. Marco puerta. Composite kenaf/polipropileno



II‐40

2001: Brevis. Marco puerta. Composite kenaf/polipropileno

2003: Harrier. Marco puerta y panel de asiento. Composite kenaf/polipropileno

2003: Raum. Cubierta de rueda de recambio. Composite kenaf/ácido poliláctico

En mayo del 2008, Toyota anunció un acuerdo con el Instituo Indonesio de

Investigación del Tabaco y Fibras para llevar a cabo un programa de desarrollo de

semillas de kenaf. Toyota se ha puesto como objetivo el hacer todas las partes del

interior de sus coches con materiales renovables, por lo que el conocimiento sobre la

producción del kenaf se ha vuelto más vital que nunca.

II.3.2. MERCADO DE LOS PLÁSTICOS

Según un informe presentado por PlasticsEurope (Organización de Fabricantes de

Plásticos Europeos), EuPC (Asociación Europea de Transformadores de Plásticos),

EuPR (Asociación Europea de Recicladores de Plásticos) y EPRO (Asociación Europea

de Organizaciones de Recuperación y Reciclaje de Plásticos) en su informe Plásticos –

Situación en 2011, de 2009 a 2010, la producción mundial de plásticos aumentó de

15 millones de toneladas a 265 millones de toneladas, lo que confirmó la tendencia a

largo plazo del crecimiento de la fabricación de plásticos de casi un 5% anual durante

las dos últimas décadas. En 2010, Europa consumió 57 millones de toneladas (21,5%)

de la producción mundial y China superó a Europa como primera región productora

con un 23,5%.

Las cinco familias de plásticos de mayor volumen en cuanto a cuota de mercado

fueron:

• Polietileno, que incluye el de baja densidad (PEBD), el lineal de baja densidad

(PELBD) y el de alta densidad (PEAD).

• Polipropileno (PP).

• Policloruro de vinilo (PVC).

• Poliestireno (PS sólido y PS expandido).


II‐41

• Polietileno tereftalato (PET).

Conjuntamente, estas cinco grandes familias representan aproximadamente el 74%

de toda la demanda de plásticos en Europa. El crecimiento de los diferentes tipos de

plástico sufrió modificaciones en 2010. Los plásticos técnicos mostraron el mayor

índice de crecimiento, por ejemplo con un 13% para el acrilonitrilo butadieno

estireno (ABS) y un 20% para las poliamidas, mientras que la demanda de las cinco

familias de plásticos de mayor volumen se incrementó entre un 1,4% y un 8%.

Por otro lado, la plataforma digital The Plastics Portal, en su comunicado de 11 de

abril de 2012, publicó que la producción mundial de plásticos alcanzó las 280

millones de toneladas en el año 2011, según el estudio con las primeras estimaciones

anuales publicado por PlasticsEurope. Este dato representa un aumento del 4%

comparado con el año 2010 y confirma la vuelta al crecimiento a largo plazo tras el

periodo de crisis económica.

Los cinco tipos de plásticos más comunes representan casi el 70% de la demanda

mundial, es decir aproximadamente 200 millones de toneladas. Para el periodo de

2010 a 2016, se espera que el consumo global de plásticos crezca, de media, en torno

al 4% anual.

Estos datos corresponden a las primeras estimaciones de producción y consumo

mundial. Los datos definitivos globales, europeos y nacionales, así como las

estadísticas relacionadas con la gestión de fin de vida de los plásticos, se darán a

conocer más adelante con la publicación del informe anual de PlasticsEurope

Plásticos – situación en 2012, que todavía no ha sido publicado.

II.3.3. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DEL POLIPROPILENO.

Dado que el polipropileno es el material empleado en el presente estudio, a

continuación se presenta una breve descripción del mismo.

El polipropileno es una poliolefina termoplástica que se sintetiza mediante catálisis a

partir de la unidad monomérica del PP, el propileno, para formar un homopolímero o

copolímero con otras olefinas.

Como otros termoplásticos, el polipropileno permite ser procesado y tratado fuera

del reactor después del proceso de síntesis. Es común su uso como material en



II‐42

mezclas con otros polímeros o con cargas minerales en altas proporciones

(superiores al 10%) para formar materiales compuestos. Estos materiales tienen

propiedades diferenciadas de aquellas del material de partida (mayor rigidez, mejor

resistencia al impacto, etc.).

Los diferentes grados de polipropileno suelen incorporar indistintamente diversos

paquetes de aditivos (en proporciones inferiores al 1 %), cuya finalidad suele ser la

mejora de la estabilidad termo‐oxidativa de los productos o de sus propiedades

físicas (aumento de la transparencia, de la rigidez, o mejora del aspecto superficial).

En este campo, los nuevos desarrollos son de gran importancia. El estudio de cargas y

de fibras novedosas es otro factor de desarrollo importante que se potencia en la

actualidad. De acuerdo con esta clasificación, el polipropileno debe ser considerado

como un grupo de polímeros, con propiedades físicas variadas, y no como un único

producto. Es por ello que sus aplicaciones son tan variadas.

A partir de los procesos industriales se pueden preparar un sin fin de productos de

polipropileno diferentes, cuyas propiedades varían según la longitud de las cadenas

del polímero (peso molecular), de su polidispersidad, de los comonómeros

eventualmente incorporados, etc. Estas características básicas definen las

propiedades mecánicas del material y sus aplicaciones finales. Literalmente se habla

de diferentes tipos o grados de polipropileno, que dan lugar a la gran diversidad de

productos producidos con esta poliolefina.

Una variable muy importante a tener en cuenta al trabajar con este termoplástico es

la relación entre la longitud total de flujo y el espesor de la pieza que, en el caso del

polipropileno, no debe superar el valor de 330. Es decir, una pieza de 1 mm de

espesor puede tener una longitud de hasta 330 mm. Si el espesor se disminuye a 0,8

mm, la longitud de flujo se debe disminuir en la misma proporción; ya que en caso

contrario la relación anterior se elevaría a 412 y habría severas dificultades para

llenar el molde. Trabajar en espesores tan pequeños representa un desafío para el

material, que debe conjugar un buen balance de propiedades mecánicas en estado

sólido con buenas propiedades de flujo en estado fundido. Por otro lado, debe

poseer una fluidez lo suficientemente elevada como para llenar un molde que le

ofrece gran oposición al flujo.


II‐43

Desde el punto de vista de los procesos de transformación, el polipropileno se

encuentra dentro de los materiales plásticos de mayor consumo debido a su bajo

coste y gran versatilidad. Ofrece un buen equilibrio entre las propiedades térmicas y

químicas, además de tener unos valores aceptables en sus propiedades mecánicas.

Se caracteriza por tener una excelente resistencia a la flexión y una buena respuesta

a la tensión y al impacto, una buena resistencia química, buen aislamiento eléctrico y

la propiedad de reciclabilidad, ya que su alta resistencia química y medioambiental,

unida a su baja densidad favorece la separación de otros materiales.

En 1954, Natta desarrolló, a partir de los catalizadores descritos por Ziegler en el año

1953, unos catalizadores capaces de producir polipropilenos de elevado peso

molecular y con un alto control de la tacticidad. Así, modificando las condiciones de

polimerización, es posible obtener tres tipos de polipropileno con diferente

tacticidad: istotáctico, sindiotáctico y atáctico. El polipropileno isotáctico es el grado

de mayor interés industrial con respecto a las configuraciones sindiotáctica y

atáctica, debido a sus mejores propiedades mecánicas, que se derivan

principalmente de una mayor cristalinidad, por presentar una disposición espacial

más ordenada.

(a)

(b)

(c )

Figura II. 21: Fórmulas estereoquímicas del polipropileno a) isotáctico b) sindiotactico c)

atáctico



II‐44

Aunque la geometría de celda unitaria adoptada por el polipropileno isotáctico

cuando cristaliza depende de varios factores (como las condiciones de

transformación: presión, temperatura, velocidad de enfriamiento, grado de

cizalladura, etc.), la forma monoclínica es la que aparece en casi todos los casos. La

geometría hexagonal lo hace bajo determinadas condiciones de transformación

mientras que las formas triclínica y esméctica son poco comunes y solamente

aparecen bajo condiciones muy concretas.

La celda unitaria monoclínica (forma α) tiene unas dimensiones de: a=0.666 nm,

b=2.078 nm, c=0.6495 nm, con ángulos α=γ=90º y β=99.62º. Esta estructura se

organiza en diferentes microestructuras lamelares y esferulíticas. Como se comentó

anteriormente, esta es la forma más común y es la que se obtiene bajo condiciones

normales de transformación [103]. La temperatura de fusión de equilibrio (Tmo ) de

esta forma se encuentra comprendida entre 185 oC y 209 oC.

En cuanto a la geometría hexagonal (β), de entre las distintas dimensiones de celda

unitaria propuestas para el caso del polipropileno, en la que coinciden varios autores

es aquella que considera las siguientes dimensiones: a=b=1.27 nm, c=6.35 nm, con

ángulos α=β=90º y γ=120º [104]. La aparición de esta forma se ve favorecida bajo

condiciones de cristalización específicas, como pueden ser el enfriamiento brusco,

bajos gradientes de temperatura de enfriamiento, presencia de agentes nucleantes

específicos o la aplicación de deformación mecánica [103].

El polipropileno utilizado en la presente investigación es un copolímero isotáctico de

denominación comercial, Hostacom PPU X9067HS de alta cristalinidad y alta fluidez

con gran aplicación en la industria de la automoción.

El grado escogido tiene una fluidez alta por lo que es adecuado para la

transformación por inyección o extrusión, combinando una buena procesabilidad con

unas buenas propiedades mecánicas.

Copolímero de polipropileno con injertos de anhídrido maleico (PP‐g‐MAH).

Como se ha mencionado anteriormente, el polipropileno en un polímero

ampliamente utilizado en la industria para la fabricación de gran cantidad de

artículos plásticos. Sin embargo, presenta la problemática de que en su estructura


II‐45

molecular posee pocos “sitios” reactivos, lo que hace que se limite su uso. Este hecho

ha provocado que en los últimos años se hayan realizado estudios conducendentes a

mejorar la polaridad del polipropileno, facilitando la interacción con otras sustancias

como puede ser la fibra lignocelulósicas [105].

La modificación química lleva aparejado la introducción de grupos funcionales

polares en las cadenas del PP que permitan mejorar la compatibilidad con el refuerzo

polar. La introducción de estos grupos polares conlleva la reacción entre el polímero

y un monómero que contenga un grupo funcional vinilo (CH2=CH‐R), que sea capaz

de formar injertos en la cadena molecular en presencia de radicales libres, generados

por un peróxido orgánico empleado como iniciador radical [106]. Se consigue así

mejor adhesión entre la matriz y el refuerzo, mejor procesabilidad, degradación

controlada y mayor estabilidad térmica [107].

La modificación química utilizando grupos ácidos ha sido lo habitual en estos

estudios. Los grupos más utilizados son: el anhídrido maleico [108], el ácido acrílico

[109], el metacrilato de glicidilo [110, 111] y el anhídrido metacrílico [112].

En este sentido, el injerto de anhídrido maleico vía radicales libres en poliolefinas ha

ganado en los últimos años una gran aceptación. Las poliolefinas con anhídrido

maleico injertado son hoy en día parte esencial de muchas formulaciones

poliméricas, siendo usadas como agentes de acoplamiento, modificadores de

impacto y como compatibilizantes de sistemas poliméricos cargados [113, 114].

A pesar del gran número de estudios de injertos de anhídrido maleico en poliolefinas

y del éxito comercial de estos compuestos, el mecanismo químico involucrado en el

proceso de funcionalización no está muy claro, dependiendo del tipo de poliolefina

empleado. En este sentido, está generalmente aceptado que el mecanismo que tiene

lugar en la modificación del polipropileno isotáctico se inicia por la escisión de

cadenas moleculares vía peróxido, originando “sitios activos” en las cadenas de

polipropileno y posteriormente permitiendo que estos sitios activos reaccionen con

el monómero. El componente injertado queda unido mediante enlace covalente a la

poliolefina.



II‐46

La estructura química del copolímero de injerto polipropileno‐anhídrido maleico se

muestra en la Figura II.22 [115]:

Figura II. 22: Estructura química del copolímero de injerto polipropileno‐co‐anhídrido maleico

(MAPP).

El mecanismo de reacción de funcionalización se realiza siguiendo el siguiente

esquema:

1.‐ Descomposición del iniciador:

Los peróxidos orgánicos son compuestos que pueden descomponerse térmicamente

para producir radicales libres.

2.‐ Abstracción del hidrógeno.

Los radicales de los peróxidos formados son termodinámicamente lábiles y capaces

de abstraer los átomos de hidrógeno de los carbonos terciarios de la molécula del PP,

generando así los “sitios activos” en la matriz:


II‐47

En este punto la reacción se puede desarrollar de dos formas diferentes:

produciendo una reacción previa denominada la ruptura β o mediante el injerto

directo del monómero en el macroradical de polipropileno.

3a.‐ Ruptura β.

Consiste en una reacción rápida intramolecular de ruptura del macroradical. Como

resultado de ello se generan dos cadenas de PP de menor peso molecular. Una de

ellas contiene un doble enlace terminal, mientras que la otra termina con un sitio

radical donde se sitúa el injerto del monómero.

3b.‐ Injerto directo en el propileno.

El anhídrido maleico tiene la capacidad de adicionarse solamente molécula a

molécula impidiendo que se desarrolle la reacción de injerto en cadena.

Figura II. 23: Mecanismo de reacción de la formación de PP modificado con anhídrido

maleico.[116, 117].

El grado de injerto del anhídrido maleico en el polipropileno debe permitir la

formación de enlaces covalentes con los refuerzos y un peso molecular suficiente

para que produzca la difusión de sus cadenas macromoleculares de MAPP entre las

de la matriz, formando una red con ambas estructuras poliméricas.

En la presente tesis, para solventar la problemática planteada, se utilizó polipropileno

al que se le añadió un 3% en volumen del agente acoplante Bondyram 1004 de la



II‐48

empresa Polyram a fin de mejorar la adherencia entre el refuerzo y la matriz

polimérica. Este aditivo es polipropileno modificado con anhídrido maleico y posee

una densidad de 0.91 g/cm3 y un punto de fusión de 160 oC, estando especialmente

indicado para su uso cuando el refuerzo de la matriz es una fibra natural.

Como ya se ha mencionado, la principal limitación del polipropileno es su carácter

apolar que impide la compatibilización con otros polímeros y diferentes tipos de

refuerzo tales como la fibras de vidrio y materiales lignocelulósicos. De ahí la

necesidad del presente estudio.

II.4. ASPECTOS GENERALES DE LA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

El moldeo por inyección en un proceso con el que se calienta un polímero hasta que

alcanza un estado muy plástico y se le fuerza a que fluya a alta presión hacia la

cavidad de un molde, donde solidifica. [118]

La inyección es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima

se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con la inyección se

pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la

economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo

(producción).Las características más importantes del proceso de inyección son las

siguientes: [119]

La pieza se obtiene en una sola etapa.

Se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida.

El proceso es totalmente automatizable.

Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles.

Las piezas acabadas son de una gran calidad.

Para el caso de la inyección de plásticos, se han de tener en cuenta las siguientes

restricciones [119]:


II‐49

Dimensiones de la pieza. Tendrán que ser reproducibles y de acuerdo a unos

valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de la

misma.

Propiedades mecánicas. La pieza deberá resistir las condiciones de uso a las

que esté destinada durante un tiempo de vida largo.

Peso de la pieza. Es de gran importancia, sobre todo, porque está relacionado

con las propiedades de ella.

Tiempo de ciclo. Para aumentar la producción será necesario minimizar, en lo

posible, el tiempo de ciclo de cada pieza.

Consumo energético. Una disminución del consumo energético implicará un

menor coste de producción.

El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden de

operaciones que se repite para cada una de las piezas.

Este orden, conocido como ciclo de inyección, se puede dividir en las siguientes

etapas:

Figura II. 24: Moldeo por inyección. Wikimedia Commons.

• Cierre del molde: Se unen las placas de cavidad fija (6) y móvil (4) a través de

las superficies de partición y se colocan automáticamente en posición el

sistema de expulsión y los sistemas de desmoldeo de contrasalidas (si



II‐50

existiesen). La unidad de cierre de la máquina de inyección realiza el cierre

del molde asegurando un sellado estanco (ajuste del molde).

• Avance de la unidad de inyección: La boquilla de salida del plástico de la

unidad de inyección encaja en el disco centrador de la placa de embridaje

fija.

• Dosificación: El objetivo de esta fase es el de preparar el material que se ha

de inyectar, el cual ha de pasar de estado sólido (granza) hasta un estado de

fundido en condiciones de ser inyectado. El material en estado sólido se

vierte en la tolva (2) en condiciones de temperatura y presión ambiente. De

aquí pasa al interior del cilindro, donde se encuentra el husillo (1), cuya

función consiste en comprimir, fundir y transportar el material. El husillo está

dividido en tres zonas: alimentación, zona de compresión o transición y la

zona de dosificación. El diámetro exterior del husillo es constante, mientras

que el diámetro interior va aumentando desde la zona de alimentación hasta

la de dosificación. Este hecho hace que se comprima al material contra la

superficie interna del cilindro, generándose calor debido a las fricciones en el

material. Este calor es el principal responsable de fundir el polímero. Los

calentadores ayudan a mantener el material en estado fundido.

• Fase de llenado o inyección (llenado volumétrico): El flujo plástico es

impulsado a través de la boquilla (3) y va entrando en el molde a una

velocidad determinada, hasta que se llena volumétricamente el molde. Tan

pronto sucede esto, la velocidad de la masa fundida disminuye, y da

comienzo la siguiente fase de compresión. La presión, temperatura y

velocidad de inyección, junto con la temperatura del molde son los

parámetros operativos más importantes durante esta fase. En esta fase el

parámetro a controlar es la velocidad de avance del husillo, es decir, que el

proceso de llenado volumétrico de un molde es un proceso realizado con un

control de caudal mientras que la presión funciona como seguridad. Esta

presión de seguridad es la máxima presión que se le permite ejercer a la

máquina.


II‐51

• Fase de presurización o compresión: Según el plástico va entrando dentro de

la cavidad, la máquina necesita incrementar la presión de llenado para

mantener una velocidad de husillo constante. El material, según va entrando

en el molde, sufre restricciones no sólo de presión sino además de

temperatura, ya que pasa de una cámara donde se encuentra a unos 240 oC a

un molde que se encuentra a unos 25 oC (temperatura ambiente). Esta fase

tiene como finalidad la compactación de la pieza. Debido a la compresibilidad

del flujo se puede añadir una mayor cantidad de plástico que suele estar en

torno a un 7% más de material. En esta fase la velocidad del flujo va

disminuyendo a la vez que se produce un aumento brusco de la presión en el

interior del molde, hasta un determinado valor.

• Fase de compensación o de presión posterior (compactación): El objetivo de

esta fase es aportar material dentro del molde para compensar las pérdidas

que se sufren debido a la variación del volumen específico del material que

se encuentra en la cavidad. Se pretende conseguir una pieza con volumen

final constante. Debido a que durante el enfriamiento el material se contrae

dentro de la cavidad, es necesario aportar más material de forma gradual.

Esto ocurre cuando el plástico empieza a cambiar de estado líquido a sólido.

El material, en principio, está bajo unas condiciones de presión y

temperatura elevadas. A medida que pasa el tiempo, dicha presión y

temperatura disminuyen y la pieza contrae, ocupando menos volumen. Los

parámetros a programar son la presión de compactación y el tiempo de

mantenimiento. La presión de compactación es la presión constante que

ejerce la máquina para seguir aportando material al interior del molde y que

suele ser un porcentaje de la presión necesaria para llenar el molde (60%

para materiales cristalinos y 40% para materiales amorfos). El tiempo de

mantenimiento es el tiempo transcurrido desde que actúa la presión de

compactación hasta que finaliza. El defecto más característico de una

compactación insuficiente lo constituyen los rechupes. Los rechupes son una

falta de material en la superficie de la pieza donde hay un cambio de espesor

que se produce por un efecto de contracción térmica. De aquí la importancia

de esta fase para la obtención de piezas de calidad.



II‐52

• Enfriamiento: Una vez terminada la fase de compactación, el husillo se aparta

del molde, el cual se mantiene cerrado. En su interior, el plástico va

disminuyendo su presión y temperatura para posibilitar la expulsión de la

pieza. Mientras se produce este enfriamiento, el material sólido que está en

la tolva pasa al cilindro y comienza a fundirse. La fase de enfriamiento de un

ciclo se superpone con la fase de dosificación del ciclo siguiente. Esta fase

continúa fuera del molde hasta que la pieza (5) alcanza la temperatura y

presión ambiente. Parámetros importantes de esta fase son la carrera y el

volumen de dosificación, que son particulares para cada molde.

• Apertura del molde: Tras el llenado de la cavidad y la solidificación de la pieza

el molde se abre de forma automática por el plano de partición quedando

normalmente la pieza en el lado móvil del molde, donde está situado el

sistema de expulsión. Durante esta fase también se activan los sistemas de

desmoldeo de contrasalidas que existan y el sistema de expulsión.

• Expulsión de pieza: La máquina de inyección dispone de un actuador que

acciona el mecanismo de expulsión, el cual consta de dos placas que

contienen a las varillas expulsoras, encargadas de empujar la pieza.

• Cierre del molde: Una vez expulsada la pieza, el molde se vuelve a cerrar. La

recuperación del mecanismo de expulsión se produce por las llamadas

varillas de retroceso, un muelle u otro mecanismo alternativo. Con el molde

cerrado y el mecanismo expulsor en su posición inicial puede comenzar otro

ciclo de inyección.

El moldeo por inyección es un proceso de transformación de plásticos que permite

obtener un buen control dimensional y una elevada produción. de gran rapidez. Los

tiempos característicos de los ciclos oscilan entre los 5 y los 60 segundos, aunque

este periodo puede elevarse hasta varios minutos en el caso de que el material sea

termoestable. Los moldes se suelen fabricar con aceros grado herramienta y

aleaciones de cobre al berilio o aluminio. Pueden tener varias cavidades, lo que

permite fabricar piezas completas en un único ciclo de trabajo. Los costos de los

moldes pueden llegar hasta los 75.000 euros y su vida puede ser del orden de dos


II‐53

millones de ciclos, si son de acero, aunque solo de 10.000 ciclos para moldes de

aluminio [120].

En este proceso de fabricación, la calidad del producto depende del diseño del molde

y del control del flujo de material en sus cavidades. Se han desarrollado técnicas de

moldeo para estudiar, en función de la presión y temperatura de inyección y el

estado de la resina, los sistemas óptimos de dosificación, llenado y enfriamiento de

molde y distorsión de la pieza. Todo ello haciendo uso de aplicaciones informáticas

que permiten agilizar el diseño del molde [120].

Según un estudio publicado por la Agencia de Desarrollo Económico de La Rioja en

2008 [121] el sector de la inyección de plásticos ha apostado fuertemente por la

innovación, en especial en países como Rusia, India, China y República Checa (donde

fundamentalmente están trabajando en la evolución de la maquinaria de inyección) y

en EEUU y Japón, que se han convertido en los dos países que mayor esfuerzo

innovador están realizando en los procesos de inyección.

Por otro lado, Zatec, S.A., empresa española de inyección plásticostécnicos de piezas

complejas y pequeñas en plásticos de ingeniería, afirma en una de sus publicaciones

on line [122] lo siguiente:

La inyección de plásticos técnicos está muy ligada al sector automoción. La

industria de automoción,es un sector vital para la economía mundial.En los

últimos años, los productos de automoción han representado más del 10% del

comercio global de mercancias. En el caso específico de España, tiene un gran

peso en la economía y los principales fabricantes de vehículos y de

componentes a nivel mundial tienen plantas en nuestro país. España es el

tercer fabricante de automóviles en Europa y el séptimo en el mundo,siendo

el primer productor de vehículos industriales en Europa. Cabe destacar que

más del 82% de los vehículos se exportan a 90 paises,principalmente a

Europa.

Las tendencias de mercado y los factores clave en el sector de automoción

pueden resumirse en los siguientes: por un lado se quiere reducir peso

(perfecto a la hora de utilizar plásticos en detrimento de otros materiales) el

tiempo de desarrollo, impacto ambiental y el coste de los vehículos; por otro

lado se quiere aumentar el valor añadido de los mismos. Bajo este contexto,



II‐54

debe considerarse la iniciativa europea del Vehículo Verde,desempeñando un

papel clave en la evolución hacia vehículos y sistemas de transporte más

ecológicos.

Los Materiales reforzados con fibra y composites se usarán cada vez más

gracias a sus ventajas de ligereza y estructurales. La directiva de final de vida

promociona el uso de biomateriales en el vehículo, se lograrán reducciones de

peso gracias a tecnologías avanzadas, que reducen muchos componentes

mecánicos,…etc. En definitiva, se buscan materiales más ligeros, con mayor

capacidad de absorción de impactos, completamente reciclables y, por

supuesto, adecuados para las tecnologías de producción existentes.

El interés que el sector de la inyección muestra en las investigaciones llevadas a cabo

con materiales plásticos reforzados con fibras naturales queda evidenciado en el

aumento de publicaciones científicas que se han producido, y continúan

produciéndose, en este campo concreto, en los últimos años, alguno de cuyos

ejemplos figuran en las referencias.

Sin embargo, se trata ésta de una línea de investigación aún abierta y necesitada de

más experimentación que garantice el uso del mayor número posible de composites

reforzados con fibras naturales en el mayor número de productos industriales

posibles. Es precisamente en este contexto en el que se engloba la tesis que aquí se

presenta.

II.5. BIBLIOGRAFÍA

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II‐64

INDICE DE FIGURAS

Figura II. 1: Fases de los composites. .............................................................................2

Figura II. 2: Microestructura de las fibras vegetales. .....................................................9

Figura II. 3: Enlace glucosídico o glicosídico en la formación de la celobiosa..............11

Figura II. 4: Posición ecuatorial (‐CH2OH, ‐OH. –O‐) y axial (‐ H) de los grupos

constituyentes de la molécula de β‐D glucopiranosa. .................................................11

Figura II. 5: Fibrilla elemental.......................................................................................12

Figura II. 6: Celulosa en forma nativa. Conformación de la estructura cristalina por la

presencia de los puentes de hidrógeno. ......................................................................13

Figura II. 7: Estructura de una microfibrillas [40].........................................................14

Figura II. 8: Estructura de la unidad básica de la hemicelulosa. Compuesta por:

Xilosa,β(1‐4) Manosa, β(1‐4)Glucosa, α(1‐3)Galactosa. ..............................................14

Figura II. 9: Conformación de las microfibrillas. Disposición de las hemicelulosa.......15

Figura II. 10: Precursores primarios de la lignina [43]..................................................16

Figura II. 11: Estructura de la lignina latifoliada [44]. ..................................................17

Figura II. 12: Constituyente principal de la lignina.......................................................18

Figura II. 13: Representación de la molécula de pectina. ............................................19

Figura II. 14: Producción de fibras por grupo [99]. ......................................................27

Figura II. 15: Producción de fibras naturales [99]. .......................................................27

Figura II. 16: Tendencia de evolución de las fibras naturales. Fuente: Lucintel. .........28

Figura II. 17: Planta de Platanera Canaria…………………………………………………………………31

Figura II. 18: Partes del Pseudotallo…………………….......................................................30

Figura II. 19: Estructuras de las cadenas poliméricas [100]. ........................................34

Figura II. 20: Consumo de plásticos en la UE [101]. .....................................................35

Figura II. 21: Fórmulas estereoquímicas del polipropileno a) isotáctico b) sindiotáctico

c) atáctico .....................................................................................................................43

Figura II. 22: Estructura química del copolímero de injerto polipropileno‐co‐anhídrido

maleico (MAPP)............................................................................................................46

Figura II. 23: Mecanismo de reacción de la formación de PP modificado con anhídrido

maleico.[116, 117]........................................................................................................47

Figura II. 24: Moldeo por inyección. Wikimedia Commons. ........................................49


II‐65

II.6. INDICE DE TABLAS

Tabla II. 1:. Densidad y composición de algunas fibras naturales [33], a[34 ] y b[35]. ... 8

Tabla II. 2: Componentes estructurales de los polisacáridos precursores de la pectina.

..................................................................................................................................... 19

Tabla II. 3: Propiedades geométricas de algunas fibras [45]. ...................................... 21

Tabla II. 4:Propiedades físicas y mecánicas de algunos tipos de fibras [48]................ 21

Capítulo III: Caracterización de la Fibra de platanera

Capítulo III: Caracterización de la fibra de platanera

ÍNDICE DE CONTENIDOS

iIi. CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DE LA PLATANERA ............................................ 1

III.1. Extración de la fibra ................................................................................. 1

III.2. Metodología de los ensayos .................................................................... 7

III.2.1 Codificación de los materiales ............................................................... 7

III.3. Tratamientos de la fibra........................................................................... 9

III.3.1 Tratamientos alcalinos......................................................................... 10

Tratamiento de la Fibra de Platanera con Hidróxido Sódico a presión atmosférica y

temperatura ambiente...................................................................................................10

Tratamiento de la Fibra de Platanera con Hidróxido Sódico a Temperatura de

ebullición normal............................................................................................................11

Tratamiento de la Fibra de Platanera con Hidróxido Sódico a Temperatura de

ebullición y Presión ........................................................................................................11

III.3.2 Tratamientos con agente de acoplamiento......................................... 12

III.4. Ensayos realizados ................................................................................. 13

III.4.1 Relación diámetro‐densidad................................................................ 14

Introducción....................................................................................................................14

Equipo..............................................................................................................................14

Resultados.......................................................................................................................15

III.4.2. Espectrofotometría de Infrarrojos con Transformadas de Fourier .......... 19

Introducción....................................................................................................................19

Equipo..............................................................................................................................20

Resultados (FTIR) ............................................................................................................21

Conclusiones ...................................................................................................................29

III.4.3. Análisis termogravimétricos ..................................................................... 30

Introducción....................................................................................................................30

Equipo..............................................................................................................................30

Resultados TGA...............................................................................................................33

III.4.4 Ensayos mecánicos .................................................................................... 46

Introducción....................................................................................................................46

Metodología (procedimiento) .......................................................................................47

Equipo..............................................................................................................................47



Resultados de los ensayos mecánicos .........................................................................48

III. 5. Conclusiones ...........................................................................................................49

III.6. Bibliografía.............................................................................................51

III.7. Índice de Figuras.....................................................................................52

III.8 Índice de Tablas…………………………………………………………………………………….56


III‐1

III. CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DE LA PLATANERA

El objeto del presente capítulo es la caracterización de las fibras de plataneras, las

cuales se han obtenidos por medios mecánicos, después de estudiar distintas

métodos de obtención. Además, se les ha aplicado diferentes tratamientos químicos

que permiten aumentar la compatibilidad entre esta y la matriz plástica. Esto

supondrá una mejor transmisión de esfuerzos entre ambas fases y, por tanto, un

mejor comportamiento mecánico del material compuesto. Para ello se han realizado

diferentes formulaciones de los tratamientos, seleccionando aquel que mejor

compatibiliza el carácter hidrofílico de la fibra natural con el hidrofóbico de la matriz

polimérica.

En este capítulo, además de la modificación química de la fibra producida por los

tratamientos, se ha adicionado un agente de acoplamiento que facilita esta etapa. Se

trata de favorecer la compatibilidad con la adición de este material de forma que no

solo modificara la superficie de la fibra, sino que también permitiera que la matriz

pudiera alcanzar mejores enlaces en la interfase y, por tanto, se mejoraran las

propiedades mecánicas. Estas sustancias actúan como puente entre las fibras y los

polímeros termoplásticos, ya sea formando un enlace de tipo covalente, por una

reordenación de la cadena polimérica, o mediante un enlace por puente de

hidrógeno por interacciones secundarias fuertes.

El agente de acoplamiento utilizado en los ensayos químicos ha sido el anhídrido

maleico. Dicho agente permite la formación de los grupos ésteres, que son los

responsables de la disminución del carácter hidrofílico de las fibras [1].

III.1. EXTRACIÓN DE LA FIBRA

En un análisis morfológico de la platanera, se observa que ésta es una especie

vegetal monocotiledónea, lo que significa que no posee madera y, por tanto, no

dispone de un verdadero tronco, por lo que se habla de pseudotallo o pseudotronco.

Tras el corte del racimo de plátanos, se procede también al corte de dicho

pseudotronco, llamado rolo en Gran Canaria. El rolo o falso tronco está compuesto

por varias vainas o garepas dispuestas en espiral, fuertemente apretadas, de las que

parten las hojas. En el centro de estas hojas se encuentra la vela, que sirve de

soporte al pseudotronco y al racimo.

Estudio, Caracterización y Validación de la fibra de la platanera para su uso como refuerzo en la conformación de piezas obtenidas a partir de procesos de transformación de plásticos

III‐2

Figura III. 1: a) Hoja del pseudotallo de una platanera; b) Estructura de las hojas de platanera

y corte transversa.

El trabajo experimental que aquí se presenta se inició con la extracción de la fibra de

las distintas partes que componen el pseudotronco de la platanera. Se observó que,

aunque la vela posee un elevado contenido en fibra, su extracción resultaba muy

compleja, por lo que se optó por extraerla de las hojas y, más concretamente, de la

cara externa de las mismas, ya que era ésta precisamente la que contaba con un

mayor contenido en fibra. Figura III.1

En el caso concreto que aquí nos ocupa se optó por estudiar los procesos de

extracción en función del contenido en humedad de la hoja, distinguiéndose entre

extracción de la fibra de las hojas secas y extracción de la fibra de los pseudotallos

verdes. En el primer caso, y tras observar en las plantaciones la facilidad de

extracción de los hilos de fibra de las hojas secas al aire, el procedimiento de

extracción se inició con la división de las hojas en tiras y posteriormente, mediante

frotación manual, se procedió al desmenuzado de la pulpa seca que servía de

adhesivo entre las fibras. Este método se mostró como un procedimiento lento y

laborioso, por el proceso de limpieza manual de cada una de las fibras. Además, se

observó que la pérdida de humedad de las hojas se traducía en un endurecimiento

de éstas y, por tanto, en una mayor dificultad en la extracción, por lo que se decidió

continuar investigando exclusivamente en la línea de extracción a partir de las hojas

verdes. Figura III.2


III‐3

Figura III. 2: Extracción de fibra de la hoja seca de la platanera

El primer método ensayado a partir de hojas verdes fue la extracción por métodos

biológicos. Este proceso supone la degradación biológica de la hoja de la planta, por

acción conjunta de la radiación solar, la humedad del ambiente y de ciertas bacterias

u hongos existentes en la propia planta y en el suelo. La simulación consistió en

disponer las hojas en el suelo y cubrirlas con tierra durante unas cuatro o seis

semanas. Se generó una fibra de color oscuro, de propiedades y características

variables y se concluyó que era necesario llevar a cabo un buen control del proceso

para lograr sólo la degradación de la pulpa de la hoja y no de la fibra. Tras la

simulación realizada en el laboratorio se decidió desestimar este proceso debido a la

escasa cantidad de fibra obtenida y a la lentitud y laboriosidad del mismo.

Otro método de extracción estudiado fue el de extracción con agua caliente y vapor,

consistente en la exposición de las hojas de la platanera verdes a la acción de vapor

saturado seguida de una expansión súbita (steam explosion), obteniendo como

resultado una pulpa marrón que ha perdido parte de la hemicelulosa inicialmente

presente en la planta. Mediante este tratamiento se consigue que las uniones

glucosídicas entre las cadenas de polisacáridos rompan, formando ácido acético, que

hidroliza las hemicelulosas. Este procedimiento no consigue la eliminación ni la

disminución del contenido en lignina, aunque sí logra un aumento en la cristalinidad,


III‐4

lo que permite obtener una fibra de mejores propiedades mecánicas. Para llevarlo a

cabo, se introdujo un trozo de tira de platanera verde en un recipiente con agua. Éste

se tapó y se puso a calentar, de forma que se tenía un recipiente a presión con agua

hirviendo y vapor saturado. Después del tratamiento, la hoja presentó un color más

oscuro al inicial. Se observó que tras este procedimiento el raspado del tuxi (capa de

la hoja que contiene la fibra) era más sencillo, consiguiéndose eliminar la mayor

parte de la pulpa y, por tanto, obteniendo mayor cantidad de hilos de fibra aunque

más frágiles. Figura III.3

. Figura III. 3: Tuxi tras el tratamiento con agua caliente y vapor;

Un tercer método ensayado fue la extracción con acetilación. Para ello el tuxi fue

tratado con una solución de ácido acético al 1% a 75 oC durante una hora. Para

eliminar el exceso de ácido se realizó el lavado con una solución al 5 % en peso de

NaOH, seguida de un lavado con agua destilada. El aspecto que presenta la tira

tratada con ácido acético (antes del lavado con sosa) puede apreciarse en la Figura

III.4. Se observó que el tuxi tratado con ácido acético era más blando y pegajoso. A

continuación se procedió al raspado, no consiguiéndose separar los hilos de fibra,

aunque sí se eliminó bastante pulpa, no ocurriendo lo mismo con la sustancia,

probablemente correspondiente a una mezcla de hemicelulosa y lignina, que unía las

fibras entre sí.

Figura III. 4: Tuxi tras la acetilación


III‐5

A continuación se estudió el método de hidrólisis ácida, para lo que se sumergió el

tuxi en una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) al 0.4% a 100 oC durante una hora. Se

observó el tuxi comenzó a separarse en tiras más finas que la inicial. La primera etapa

de cloración se llevó a cabo con una solución de hipoclorito sódico (NaOCl) de 40 g/l,

durante una hora a temperatura ambiente. El color del tuxi se iba aclarando,

tomando la disolución un color más oscuro. A los veinte minutos la fibra estaba en

gran parte blanca, y a los cuarenta minutos sólo quedaban algunas manchas oscuras

en la misma. Al contacto con la disolución de sosa cáustica (NaOH al 1% en peso) las

fibras comenzaron a separarse, rompiéndose el tuxi en tiras más finas. La fibra se

dejó en esta solución durante veinte minutos a temperatura ambiente. Tras la

segunda etapa de cloración, en las mismas condiciones que la primera (solución de

NaOCl de 40 g/l a temperatura ambiente), se observó que el tuxi había perdido

rigidez y que era muy blando. El material obtenido formaba una masa pastosa, con

apariencia de pasta de papel. Esto pudo deberse a la eliminación de los componentes

orgánicos propios de los residuos vegetales, tales como la hemicelulosa y la lignina. A

continuación se secó la fibra obtenida en estufa a 105 oC durante 24 horas. La fibra

seca resultante era de color amarillo oscuro y de consistencia similar al polvo.

Aunque éste era un procedimiento que está siendo estudiado actualmente, debido a

la posibilidad de utilizar esta forma de fibra como refuerzo de matrices poliméricas,

no era un objetivo concreto de la primera parte del estudio planteado, en el que se

buscaba la extracción de hilos de fibra. Figura III.5

Figura III. 5: Fibra obtenida tras el secado en estufa

Finalmente se ensayó la extracción mecánica de la fibra de las hojas de platanera

verdes. El proceso constó de las siguientes etapas:

1. Separación de las hojas.


III‐6

2. Corte de las hojas en tiras más estrechas que la hoja original con el propósito de

facilitar el trabajo.

3. Eliminación de la capa interna de la hoja, dejando sólo la capa externa de la

misma, que es donde se encuentra la fibra a extraer.

4. Eliminación de la piel exterior mediante raspado con hoja fina.

5. Eliminación de la pulpa interior mediante raspado más intenso. Cuando se eliminó

la mayor parte de la pulpa se hizo necesario ser más cuidadoso en el proceso para

evitar la rotura de los hilos de fibra.

Figura III. 6: Raspado manual de la fibra.

En esta etapa fue necesario llevar a cabo el raspado del tuxi en la dirección

longitudinal para poder lograr la eliminación de la pulpa, que se extrajo por uno de

los extremos del mismo. Durante este proceso se observó que había una gran

cantidad de agua presente en las hojas de la platanera, lo que favoreció el proceso de

extracción de la fibra, hasta el punto de que si el proceso de extracción se llevaba a

cabo muy lentamente y el tuxi iba perdiendo humedad, ocurría más fácilmente la

rotura y el enmarañamiento de las fibras durante la extracción. Figura III.6

6. Extensión de la fibra y secado. Este último paso se llevó a cabo para evitar que la

fibra se enredara.

Figura III. 7:Fibra seca, tras la extracción en verde


III‐7

Se concluyó que este último método descrito era el más óptimo en la extracción de la

fibra, ya que con él se conseguía una mayor cantidad de fibra y en mejores

condiciones. Figura III.7

III.2. METODOLOGÍA EMPLEADA

En los siguientes apartados se establece el modelo del procedimiento de trabajo

realizado, así como las condiciones aplicadas en función del tipo de ensayo.

Para facilitar la descripción del trabajo realizado, se presenta una codificación de los

materiales utilizados.

III.1.1 CODIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Para designar la fibra de platanera se ha utilizado la letra “F”. Dicha fibra ha sido

sometida a tratamientos alcalinos, lo que se expresa con el empleo de las siglas

NaOH aN, siendo “a” las distintas concentraciones de sosa utilizadas.

Posteriormente, las fibras así ensayadas fueron tratadas con un agente de

acoplamiento, en este caso, el anhídrido maleico. De esta forma, estos materiales

vendrán codificados bajo las siglas “AM”.

Además, se han incorporado a los ya mencionados tratamientos los parámetros

físicos empleados, como la presión (P) y la temperatura (T).

En la siguiente tabla se observa cómo se identifican los materiales estudiados:

Tabla III. 1: Fibra tratada con distintos tratamientos a diferente temperatura y presión.

Tratamiento de la fibra

Código Temperatura (K)

Presión (kPa)

Sin tratamiento F Ambiente Atmosférica NaOH‐0,1N F‐NaOH 0,1N Ambiente Atmosférica NaOH‐1N F‐NaOH 1N Ambiente Atmosférica NaOH‐4N F‐NaOH 4N Ambiente Atmosférica Na OH 0,1N F‐NaOH 0,1N (T) Ebullición Atmosférica NaOH 1N F‐NaOH 1N (T) Ebullición Atmosférica NaOH 4N F‐NaOH 4N (T) Ebullición Atmosférica Na OH 0,1N F‐NaOH 0,1N (PT) 380 131,7 NaOH 1 N F‐NaOH 1N (PT) 380 131,7 NaOH 4 N F‐NaOH 4N (PT) 380 131,7 NaOH 0,1N‐Anhídrido maleico

F‐NaOH 0,1‐AM Ambiente Atmosférica

NaOH 1 N‐Anhídrido maleico

F‐NAOH 1N‐AM (PT) 380 131,7


III‐8

NaOH 4 N‐Anhídrido maleico

F‐NaOH 4N‐AM (PT) 380 131,7

Fibra Virgen‐Anhídrido maleico

F‐AM Ambiente Atmosférica

La Figura III.1 (ver página siguiente) muestra la metodología seguida en la realización

de los experimentos sobre la fibra tanto virgen como tratada con distintas

concentraciones de hidróxido sódico y anhídrido maleico.

Los ensayos analíticos llevados a cabo respecto a cada una de las muestras fueron los

siguientes:

Determinación de la relación diámetro‐densidad de la fibra.

Análisis de espectrofotometría de infrarrojos.

Termogravimetría.

Ensayos de tracción.


III‐9

III.3. TRATAMIENTOS DE LA FIBRA

Como se ha mencionado en el apartado anterior, la fibra virgen ha sido modificada

con la presencia de distintos tratamientos químicos con el fin de eliminar impurezas

y, a la vez, mejorar su carácter hidrofílico, obteniendo así una mejor cohesión de la

fibra en la matriz. Como consecuencia de ello, la fibra ha sufrido un importante

cambio en cuanto a su composición debido a la aplicación de los citados

tratamientos.

Fibra Virgen

NaOH 0 1N ‐Relación diámetro‐densidad

‐Espectrofotometría de Infrarrojos

‐Análisis Termogravimétrico

‐Resistencia a la tracción

NaOH 1N

NaOH 4N

NaOH 1N (T)

NaOH 0,1N (T)‐

NaOH 4N (T)

NaOH 4N (P,T)

NaOH 1N (P,T)

NaOH 0,1N (P,T)

F‐AM

NaOH 1N(PT)‐AM

NaOH 4N(PT)‐AM

NaOH 0 1N‐AM

‐Espectrofotometría de Infrarrojos

‐Análisis Termogravimétrico


Espectrofotometría de Infrarrojos

‐Análisis Termogravimétricos


Figura III. 8: Diseño del procedimiento empleado en la fibra y sus


III‐10

En definitiva, los tratamientos de la fibra tienen una doble misión; por un lado, con la

aplicación de hidróxido sódico se favorece que las sustancias constituyentes de la

fibra sean eliminadas (ligninas y hemicelulosas), por ser solubles en álcalis, teniendo

en cuenta que no le aportan resistencia mecánica a ésta y, por otro, disminuye el

carácter hidrofílico de la fibra, favoreciendo así la formación del composite.

El procedimiento de trabajo que aquí se presenta describe la aplicación de este

tratamiento, utilizando como variables la concentración de sosa, la temperatura y la

presión de trabajo.

La celulosa obtenida, una vez eliminadas parcialmente las sustancias que la

impurifican, es modificada químicamente con el empleo de un agente de

acoplamiento. Este produce cambios en la morfología y una disminución de la

cantidad de grupos hidróxidos libres que poseen las fibras lignocelulósicas, las cuales

aportan el carácter hidrofílico. De esta manera, estos cambios experimentados por

las fibras permitirán mejorar la tensión superficial, la adhesión y compatibilidad con

los materiales poliméricos [2].

III.3.1 TRATAMIENTOS ALCALINOS

TRATAMIENTO DE LA FIBRA DE PLATANERA CON HIDRÓXIDO SÓDICO A

PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y TEMPERATURA AMBIENTE

El procedimiento analítico empleado para la aplicación de este tratamiento es:

Se preparan tres disoluciones de sosa cáustica (NaOH) de concentraciones

0,1N, 1N y 4N.

Se sumergen las fibras dentro de las disoluciones, previamente pesadas, a

temperatura ambiente y presión atmosférica, durante una hora.

Una vez transcurrido el tiempo de reacción, se procede al lavado con

abundante agua para eliminar el exceso de álcalis y se dejan secar a

temperatura ambiente.

Luego se realiza el pesado final de estas fibras, a fin de obtener la pérdida de

peso producida por cada uno de los ensayos. El aspecto de las fibras tratadas

por este procedimiento se puede ver en la Figura III:9


III‐11

a) F‐NaOH 0.1N b) F‐NaOH 1N c) F‐NaOH 4N

Figura III. 9:. Fibras tratadas con hidróxido sódico a distintas concentraciones.


TEMPERATURA DE EBULLICIÓN NORMAL

En estos ensayos, la fibra es tratada con el mismo procedimiento descrito en el

apartado anterior y a las mismas concentraciones de hidróxido sódico, pero la mezcla

es calentada hasta la temperatura de ebullición, manteniéndose en esas condiciones

a lo largo de un periodo de tiempo de 1 hora.

Una vez pasado ese tiempo, el procedimiento finaliza con el secado al aire y el

pesado final de dicho material.

a) F‐NaOH 1N (T) b) F‐NaOH 4N (T)

Figura III. 10: Fibras tratadas con Hidróxido Sódico a distintas concentraciones (con

temperatura de ebullición normal).


TEMPERATURA DE EBULLICIÓN Y PRESIÓN

Se repiten los tratamientos de las fibras con disoluciones alcalinas de

concentraciones 0,1, 1 y 4N, llevándolas a temperatura de ebullición, en esta ocasión,

en un reactor discontinuo y dejándolas actuar nuevamente durante 1 hora.

El reactor discontinuo empleado consta de un recipiente a presión de 5l de capacidad

y un manómetro que permita determinar la presión de trabajo. La muestra estuvo


III‐12

sometida a una presión de 131,7 kPa correspondiente a una temperatura de

ebullición de la mezcla alcalina de 380 K.

Una vez transcurrido ese período de tiempo, se extrajo la fibra y se realizó un lavado

abundante con agua, a fin de lograr la limpieza de sustancias residuales solubles.

A continuación, se dejaron secar las fibras a temperatura ambiente y se procedió al

pesado para la determinación de la pérdida de masa.

a) F‐NaOH 0.1N (T‐P b) F‐NaOH 1N (T‐P c) F‐NaOH 4N (T‐P)

Figura III. 11: Fibras tratadas con Hidróxido Sódico a distintas concentraciones a presión

(131,7 kPa) y temperatura (380 K)

III.3.2 TRATAMIENTOS CON AGENTE DE ACOPLAMIENTO

El comportamiento interfacial entre las fibras y las matrices poliméricas es uno de los

factores más importantes a considerar puesto que influye en las propiedades

generales de los materiales compuestos.

Una buena adhesión interfacial fibra‐matriz permite una mayor eficacia tanto en la

transferencia como en la redistribución del esfuerzo al que los materiales pueden

estar sometidos. Como ya se ha comentado, la mejora de la calidad de la adherencia

fibra‐matriz se puede conseguir mediante la activación química de la superficie de la

fibra, utilizando agentes de acoplamiento, los cuales son capaces de mejorar

significativamente la adhesión interfacial y, por lo tanto, las propiedades mecánicas

del material compuesto.

El agente de acoplamiento utilizado en los tratamientos que se llevaron a cabo en la

presente tesis fue el Anhídrido Maleico.

El tratamiento de las fibras se realizó en una suspensión líquida para garantizar su

dispersión y un buen contacto entre los reactivos (fase líquida) y la fibra (fase sólida).

Masas conocidas de fibras de platanera, tratadas en las condiciones del apartado


III‐13

Tratamientos Alcalinos y sin tratar, completamente secas, se introdujeron en un

reactor discontinuo.

A continuación se adicionó el solvente junto con el agente de acoplamiento. Se utilizó

acetona como disolvente y anhídrido maleico (C4H2O3) como agente de

acoplamiento, en una proporción en peso de maleico del 10% del peso de la fibra a

tratar.

El reactor, que trabaja a presión atmosférica, dispone de un sistema de reflujo cuya

finalidad es la de condensar y recuperar todos los vapores, principalmente

disolvente, producidos durante la reacción. La muestra se mantiene en reflujo a lo

largo de 24 horas.

En la siguiente figura se muestra el sistema de reflujo conectado al reactor, que se

encuentra calorifugado para evitar las pérdidas de calor.

Figura III. 12: Reactor discontinuo provisto de reflujo y calorifugado en la ULPGC.

Una vez transcurrido el periodo de reflujo, se procedió al secado a temperatura

ambiente de la fibra.

III.4. ENSAYOS REALIZADOS

Tanto la fibra virgen como las tratadas, según las metodologías descritas en el

apartado III.3, fueron analizadas por distintos métodos para obtener información

precisa sobre los cambios morfológicos y mecánicos que presentaba la fibra una vez

sometida a los tratamientos experimentados.

Las determinaciones realizadas fueron:

Relación diámetro‐densidad


III‐14

Espectrofotometría de infrarrojos por transformadas de Fourier

Termogravimetría

Ensayos Mecánicos

III.4.1 RELACIÓN DIÁMETRO‐DENSIDAD

INTRODUCCIÓN

El objetivo de este ensayo es caracterizar la densidad de las fibras de platanera en

términos de densidad‐diámetro y sus variaciones dentro de cada una y entre las

distintas fibras ensayadas. Se estudiaron 20 haces de fibras seleccionadas al azar de

cada tipo, cortadas a 200 mm de longitud. A lo largo de estas, se realizaron 9

medidas del diámetro, obteniendo los resultados recogidos en las Tablas III.2‐III.5.

Cada haz de fibras está formado por un conjunto de filamentos de diferentes

diámetros y en este término estriba la complejidad de la determinación del valor de

la densidad, aunque el parámetro en sí es de fácil determinación realizando una

evaluación dimensional de los multifilamentos (longitud, diámetro) y pesada.

EQUIPO

a) b)

Figura III. 13: a) Proyector de perfiles Nixon Nixon, modelo V12A, b) Balanza de precisión

Mettler Toledo.

Las medidas del diámetro fueron determinadas con un proyector de perfiles de eje

vertical, marca Nixon, modelo V12A, que se encuentra ubicado en el Laboratorio de

Metrología y Calibración del Departamento de Ingeniería Mecánica de la ULPGC.


III‐15

Este equipo posee un sistema de amplificación por proyección y reflexión de 10 x 20

x 50 mm, pudiendo realizar medidas en dos dimensiones x e y (x = 100 mm, y = 50

mm). El ensayo consiste en la proyección de la sombra de la fibra, sobre la que incide

una luz, en un visor en el que se realiza la medida del diámetro.

La pesada de las fibras se realizó en una balanza electrónica monoplato de precisión

marca Mettler Toledo modelo AB‐204‐S con sensibilidad de 0,1 mg y rango de pesada

desde 0 hasta 201 g.

RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados del ensayo en las siguientes tablas:

Tabla III. 2: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra sin tratar.

Nº Peso (mg) Diámetro

medio (mm) Desviación

Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

1 0,0032 0,199 0,038 6,205 515,7 2 0,0030 0,164 0,018 4,199 714,4 3 0,0034 0,179 0,003 5,057 672,3 4 0,0010 0,063 0,015 0,632 1582,4 5 0,0032 0,185 0,037 5,359 597,1 6 0,0031 0,235 0,044 8,654 358,2 7 0,0031 0,191 0,021 5,710 542,9 8 0,0032 0,179 0,025 5,045 634,2 9 0,0046 0,241 0,019 9,138 515,5 10 0,0034 0,210 0,033 6,944 489,7 11 0,0031 0,163 0,025 4,191 739,8 12 0,0016 0,092 0,012 1,319 1213,3 13 0,0027 0,361 0,091 20,455 132,0 14 0,0035 0,297 0,041 13,816 253,3 15 0,0028 0,154 0,059 3,743 750,5 16 0,0020 0,139 0,113 3,016 663,2 17 0,0026 0,187 0,059 5,506 472,2 18 0,0027 0,215 0,032 7,286 365,8 19 0,0061 0,389 0,044 23,729 260,1 20 0,0013 0,103 0,020 1,681 266,9

Tabla III. 3: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra‐NaOH 1N.

Nº Peso Diámetro


Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

1 0,0021 0,238 0,0021 6,779 309,8 2 0,0028 0,154 0,0028 4,036 693,7 3 0,0018 0,175 0,0018 3,646 493,7 4 0,0013 0,123 0,0013 1,792 725,3 5 0,0008 0,071 0,0008 0,594 1347,8 6 0,003 0,232 0,0030 6,441 465,8 7 0,0017 0,141 0,0017 2,511 677,0


III‐16

Nº Peso Diámetro


Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

8 0,0012 0,082 0,0012 0,850 1412,1 9 0,0009 0,097 0,0009 1,228 732,8 10 0,0011 0,091 0,0011 0,974 1128,9 11 0,0011 0,103 0,0011 1,245 883,3 12 0,001 0,098 0,0010 1,155 865,6 13 0,0008 0,080 0,0008 0,756 1057,8 14 0,0019 0,176 0,0019 3,679 516,4 15 0,0023 0,192 0,0023 4,501 511,0 16 0,0019 0,201 0,0019 4,844 392,2 17 0,002 0,152 0,0020 2,736 731,0 18 0,0023 0,169 0,0023 3,321 692,6 19 0,0024 0,194 0,0024 4,379 548,1 20 0,0028 0,246 0,0028 7,149 391,7

Tabla III. 4:. Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra ‐AM.

Nº Peso Diámetro


Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

1 0,0019 0,233 0,0354 6,921 274,5 2 0,0018 0,148 0,0113 2,659 676,9 3 0,0014 0,124 0,0090 1,931 724,9 4 0,0014 0,187 0,0221 3,892 359,7 5 0,0011 0,103 0,0117 1,303 844,0 6 0,0008 0,125 0,0076 1,956 409,0 7 0,0017 0,168 0,0276 3,593 473,1 8 0,0016 0,183 0,0188 4,084 391,8 9 0,0017 0,139 0,0141 2,409 705,6 10 0,0018 0,142 0,0087 2,479 726,0 11 0,0010 0,167 0,0102 3,510 284,9 12 0,0018 0,189 0,0100 4,468 402,9 13 0,0003 0,094 0,0081 1,125 266,7 14 0,0005 0,064 0,0078 0,523 955,2 15 0,0018 0,169 0,0244 3,618 497,5 16 0,0012 0,125 0,0079 1,969 609,5 17 0,0020 0,169 0,0107 3,583 558,2 18 0,0012 0,139 0,0105 2,448 490,2 19 0,0020 0,230 0,0287 6,644 301,0 20 0,0016 0,169 0,0137 3,626 441,3

Tabla III. 5: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra–NaOH 1N‐AM.



Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

1 0,0018 0,239 0,0298 6,143 293,0 2 0,0016 0,185 0,0233 3,708 431,5 3 0,0014 0,139 0,0091 2,128 657,7 4 0,0020 0,208 0,0259 4,715 424,2


III‐17



Volumen (mm3)

Densidad (kg/m3)

5 0,0012 0,123 0,0066 1,492 804,1 6 0,0013 0,139 0,0073 2,035 638,8 7 0,0019 0,167 0,0307 2,983 637,0 8 0,0011 0,121 0,0070 1,609 683,6 9 0,0012 0,102 0,0050 1,155 1038,7 10 0,0008 0,100 0,0033 1,067 749,9 11 0,0017 0,146 0,0173 2,154 789,4 12 0,0023 0,172 0,0045 3,321 692,6 13 0,0020 0,153 0,0125 2,559 781,5 14 0,0012 0,128 0,0085 1,786 671,9 15 0,0015 0,139 0,0122 2,039 735,6 16 0,0016 0,165 0,0489 2,726 586,9 17 0,0015 0,161 0,0143 2,753 544,9 18 0,0014 0,114 0,0052 1,443 970,4 19 0,0020 0,173 0,0185 3,347 597,6 20 0,0020 0,166 0,0144 3,022 661,7

En la Figura III.7 se observa la relación entre el diámetro medido de la fibra y la

densidad de esta. Existe una disminución en los valores de la densidad a medida que

aumenta el diámetro. Esto se debe a los intersticios existentes entre los

multifilamentos de los que está compuesta el haz de fibras. A medida que el

diámetro disminuye el número de los multifilamentos también lo hace y, por tanto,

los espacios interticiales, produciéndose un valor de densidad mayor.

Figura III. 14: Variación de la densidad

Como se puede observar, se distinguen pocas variaciones en las curvas de las fibras

sometidas a los distintos tratamientos, a excepción de la curva de la fibra tratada con

anhídrido maleico, que aparece con valores más bajos que el resto, lo que corrobora

la pérdida de peso que la aplicación de los tratamientos le aporta a la fibra. En la


III‐18

tabla III.6 se expresan los valores medios de pérdida de peso que experimentan las

fibras a las que se les ha aplicado los tratamientos.

Tabla III. 6:. Valores medios de pérdida de peso de las fibras con los tratamientos.

Masa fibra (g) Variación masa Tratamiento

Antes Después g %

NaOH 0,1N 0,217 0,208 ‐0,009 ‐3,793

Anhídrido Maleico‐NaOH 0,1N 16,91 16,125 ‐0,785 ‐4,642

Anhídrido Maleico 16,291 15,287 ‐1,004 ‐6,163

En la Tabla III.6 se observa que se da una mayor pérdida de peso en las fibras

tratadas con anhídrido maleico. Las siguientes figuras demuestran cómo las fibras

tratadas con NaOH 0,1N quedan apelmazadas debido a la existencia de material

vegetal que no ha podido ser eliminado durante el proceso. Al utilizar el maleico en

los tratamientos, esta materia desaparece dejando una fibra de tacto más suave y sin

apelmazamiento de los multifilamentos.

Fibra sin tratar Fibra tratada con NaOH 0,1N Fibra tratada con maleico

Figura III. 15: Diferentes fases de las fibras (antes y después del tratamiento).


III‐19

III.4.2. ESPECTROFOTOMETRÍA DE INFRARROJOS CON TRANSFORMADAS

DE FOURIER

INTRODUCCIÓN

La evaluación del grado de modificación de las fibras se determina mediante la

técnica de espectrofotometría de infrarrojo, analizando la aparición o desaparición

de bandas de absorción características correspondientes a grupos funcionales ligados

a la presencia de lignina, hemicelulosas y anhídrido maleico como agente de

acoplamiento en la superficie de la fibra.

La espectroscopía de infrarrojo constituye una técnica instrumental simple, eficaz y

rápida que permite evidenciar la presencia de estos grupos funcionales.

Este tipo de espectroscopía depende de la interacción de las moléculas o átomos con

la radiación electromagnética. La radiación infrarroja provoca la vibración de grupos

de átomos de los compuestos orgánicos, incrementando la distancia de los enlaces

covalentes que los conectan.

Figura III. 16: Vibración stretching de dos átomos unidos covalentemente.

Los compuestos absorben energía en regiones particulares de la parte infrarroja del

espectro. Para que una vibración tenga lugar, tiene que producirse un cambio en el

momento dipolar de la molécula.

La excitación de una molécula de un nivel de energía en otro, tiene lugar cuando el

compuesto absorbe radiación infrarroja de una determinada fuente de energía,

proporcionando una frecuencia o longitud de onda determinada.

Las vibraciones que se pueden observar son:

Stretching o estiramiento de dos o tres átomos unidos covalentemente.

Bending o doblamiento de tres átomos también unidos por enlaces

covalentes.


III‐20

La representación de estas vibraciones se pueden observar en las siguientes Figuras:

Figura III. 17: Tipos de vibración Stretching para tres átomos unidos por enlaces covalentes.

Scissoring Twisting Rocking

Figura III. 18: Vibraciones Bending para tres átomos unidos por enlaces covalentes

El principio básico de los espectrómetros de infrarrojo por transformada de Fourier

consiste en la colección simultánea de datos en todas las frecuencias del espectro de

infrarrojo. Una vez la radiación atraviesa la muestra, las señales recibidas se

convierten en un espectro a través de la transformada de Fourier. Debido a que la

frecuencia de luz absorbida para la molécula corresponde a la vibración de uno de los

enlaces específicos, es posible interpretar el espectro y determinar qué enlaces y

grupos funcionales están presentes.

EQUIPO

El equipo utilizado en el análisis por espectroscopia de infrarrojo es un

espectrofotómetro de la marca Perkin Elmer Serie FTIR 100 con transformada de

Fourier y con Reflectancia Total Atenuada ATR, accesorio que permite el ensayo

directo de la muestra sólida sin necesidad de preparación previa.

Los espectros que resultan están dentro de la gama de longitudes de onda desde

4000‐500 cm‐1. El tratamiento de los datos se realiza con la ayuda de un software

Estiramiento simétrico Estiramiento asimétrico Vibración Wagging Estiramiento asimétrico Estiramiento simétrico


III‐21

específico para tal fin (en este caso el FIRST) instalado en el PC del equipo (Figuras

III.12 y III.13).

Figura III. 19: Espectrofotómetro utilizado en espectroscopia de infrarrojo junto con el

software compatible (PC)

Figura III. 20: Primer plano del espectrofotómetro utilizado en espectroscopia de infrarrojo.

RESULTADOS (FTIR)

Las diferentes muestras obtenidas en el presente estudio fueron analizadas y

comparadas entre sí con el objetivo de ver la influencia que sobre la fibra tenían

parámetros como: concentración, presión, temperatura y adición del anhídrido

maleico como agente de acoplamiento.

En primer lugar, se estudió el espectro de la fibra de platanera virgen comparado con

el correspondiente a la celulosa pura.


III‐22

Figura III. 21: Espectrofotometría de la fibra virgen de la platanera con la celulosa pura.

Como se observa en la figura anterior se dan picos de respuesta muy similares entre

un espectro y otro, a excepción de los picos de banda correspondientes a las

frecuencias 1646 cm‐1 y 1261 cm‐1 que, según lo recogido en la Tabla III.7,

corresponde a enlaces C=C del esqueleto aromático de la lignina y C‐O de las

unidades adyacentes al fenilpropano, también constituyente de la misma molécula.

Otro aspecto a resaltar es la presencia de un pico a 1749 cm‐1 en la fibra virgen que

parece debido a la presencia de los grupos C=O de la hemicelulosa y pectinas.

No obstante, las bandas más características que se han observado en la fibra virgen,

al igual que en la celulosa pura, son las correspondientes a la vibración de

estiramiento stretching de los grupos funcionales‐OH propios de las moléculas de

celulosa, lignina y hemicelulosas constituyentes de la fibra virgen sobre la banda de

absorción de 3351 cm‐1.

Tabla III. 7. Determinación del grupo funcional de cada fibra por espectrofotometría.

Intervalos de frecuencias (cm‐1) Frecuencia de banda (cm‐1) Grupo

3500‐3200 3351 OH Hidroxilo 1800‐1350 1749 C=0 Carbonilo 1675‐1500 1646 C=C Anillo 1320‐1000 1261 C‐0 Ester


III‐23

Influencia de la Presión en los ensayos

En este apartado se presentan dos a dos, los espectros FTIR de las fibras tratadas con

diferentes concentraciones de hidróxido sódico (0,1, 1 y 4 N), con y sin presión.

Figura III. 22: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1N con

presión y sin presión.

En la Figura III.15 se puede observar cómo al tratar la muestra con presión, existe una

clara tendencia a la desaparición del pico de 1611 cm‐1 correspondiente a la

respuesta del grupo C=C que aparece en bandas de frecuencias de 1675‐1500 cm‐1.

Los picos de 1408 y 1322 cm‐1 también desaparecen cuando son tratados con

presión. Estos picos son respuestas de los grupos C‐H con un tipo de vibración en

deformación en intervalos de frecuencia 1475‐1300, propios del radical metoxi de la

lignina.

Figura III. 23: Molécula de la lignina

.

GruposMetoxi


III‐24

Tabla III. 8: Determinación del grupo funcional en fibra tratadas con NAOH 0,1N.

Intervalos de frecuencias (cm‐1) Frecuencia de banda (cm‐1) Grupo

1675‐1500 1611 C=C anillo 1475‐1300 1475

1322 C‐H Metoxi

Figura III. 24: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 1N con y sin

presión.

Figura III. 25: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 4N con presión

y sin presión


III‐25

Similar resultado se observa en las Figuras III.17 y III.18 en las que además se aprecia

una tendencia a la desaparición del pico en el intervalo de frecuencia 3500‐3200 cm‐1

como indicativo del grupo OH de la celulosa y que es responsable del carácter

hidrofílico de la fibra.

Con todo ello, se puede concluir que las muestras, tratadas con presión, presentan

una mayor eficacia en cuanto a la eliminación de las sustancias no celulósicas que

impurifican a la fibra de platanera, lo que favorece su utilización como refuerzo en

matrices poliméricas, tal y como se ha descrito en el capítulo anterior.

A continuación se presenta la molécula de la celulosa donde se resalta la posición de

los grupos hidroxilos.

Figura III. 26: Esquema de los grupos hidroxilos

Influencia de la concentración de Álcalis en los ensayos

Si se analizan los espectros FTIR resultantes de los estudios realizados en los

diferentes tratamientos alcalinos (en las mismas condiciones de presión y

temperatura: 131,7 kPa y 380 K) a los que se sometió la fibra virgen de platanera se

observa lo siguiente:


III‐26

Figura III. 27. Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N

El valor resultante (1430 cm‐1) que aparece en todos los espectros de la fibra de la

platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N, pertenece al grupo de C‐H del metoxi de la

lignina (Tabla III.9). Este pico se observa que se reduce en las muestras tratadas con

las concentraciones mayores de álcali. El resto de los picos tienen un

comportamiento similar.

Tabla III. 9: Resultado de la fibra de platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N.

Intervalos de frecuencias (cm‐1) Frecuencia de banda (cm‐1) Grupo 1475‐1300 1430 C‐H Metoxi

Se concluye, por lo tanto, que la modificación química se ve favorecida con el empleo

de las concentraciones 1 y 4 N, no hallándose claras diferencias entre ambas.

Influencia del Agente de Acoplamiento

La adición del anhídrido maleico como agente de acoplamiento tiene como objetivo

fundamental la modificación química de la fibra por reacción de los grupos OH de

ésta, mediante una reacción de esterificación, dando lugar a la formación de un

grupo funcional éster de menor polaridad.


III‐27

Figura III. 28: Reacción de esterificación [2,3].

Como se describió en el apartado III.2 Metodología, los ensayos fueron realizados

sobre las muestras tratadas con las distintas concentraciones de NaOH, a las que se

les aplicó el tratamiento a reflujo durante 24 horas, con una disolución de maleico

correspondiente al 10% en peso del peso de la fibra tratada [1,4].

Figura III. 29. Espectrofotometría de la fibra de la platanera sin tratar y con Anhídrido Maleico.

En la Figura III.22 se observa la similitud en el comportamiento entre la fibra tratada

con maleico y la huella dactilar de la fibra virgen, a excepción del pico de la banda de

frecuencia 1737 cm‐1 correspondiente al grupo funcional carbonilo C=O, procedente

de la reacción de esterificación entre la fibra y el agente de acoplamiento.

Grupo éster


III‐28

Tabla III. 10:.Resultado de la fibra de platanera tratada con anhídrido maleico.

Intervalos de frecuencias (cm‐1) Frecuencia de banda (cm‐1) Grupo 1650‐1800 1741 C=0 carbonilo

Figura III. 30: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1 N y

Anhídrido Maleico.

Figura III. 31:Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 1N y Anhídrido

Maleico.


III‐29

Figura III. 32: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 4 N y Anhídrido

Maleico.

En las Figuras III.23, III.24 y III.25 se observan la no aparición del pico en el intervalo

de frecuencias 1650‐1800 cm‐1, correspondiente a los grupos carbonilos del éster,

formado en el ataque nucleófilo de los grupos OH de la fibra con el agente de

acoplamiento. Lo que concluye que, a concentraciones altas de álcali, no se produce

la modificación de la fibra por el agente de acoplamiento.

CONCLUSIONES

La fibra de platanera presenta un espectro similar al de la celulosa pura, existiendo

sustancias en su composición como la lignina, pectinas y hemicelulosa que la

impurifican en su utilización como refuerzo en las matrices poliméricas.

Estas sustancias desaparecen al tratar la fibra de platanera con soluciones de álcalis,

en las que éstas son solubles. Sometiéndolas a presión se observa una mejora en

cuanto a la eficacia de la eliminación.

La concentración de álcali es una variable que afecta la eficiencia de eliminación,

cuánto mayor es la concentración de hidróxido sódico utilizado, mayor es este

efecto. A partir de una concentración 1 N de sosa no se aprecian diferencias

significativas. Por lo tanto, teniendo en cuanta los resultados de la

espectrofotometría, no se justifica el uso del tratamiento con NaOH 4N.

El análisis espectrofotométrico de la fibra de platanera tratada con álcalis y

posteriormente con anhídrido maleico, no muestra el pico a 1737 cm‐1, respuesta al


III‐30

grupo funcional carbonilo C=O correspondiente a la reacción de esterificación. Sin

embargo, cuando la fibra no está sometida a estos tratamientos, el pico aparece,

concluyendo, por tanto, que la reacción se está llevando a cabo. Por tanto, desde el

punto de vista del análisis, los tratamientos con estas concentraciones de álcalis

impiden la esterificación de la fibra.

III.4.3. ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICOS

INTRODUCCIÓN

Todos los materiales se comportan frente al calor de una manera determinada que

está ligada a las características y propiedades del material. En el presente trabajo, la

respuesta de las fibras de platanera ante los procesos de calentamiento y

enfriamiento derivados de las operaciones de transformación a las que se someten,

mezcladas en la matriz polimérica y, la posterior inclusión en moldes de inyección, es

de suma importancia ya que éstas se deterioran por efecto del calor y los esfuerzos

de cortadura, y por tanto, el material que contenga estas fibras también quedará

resentido [5].

Por este motivo, es necesario realizar un análisis termogravimetrico, con el fin de

determinar los cambios de masa que experimenta una muestra en función de la

temperatura. Este análisis puede realizarse a temperatura constante (régimen

isotermo) o bien con variaciones de temperatura (régimen dinámico). Con esto se

persigue tener conocimiento, entre otros aspectos, de las transformaciones que

implican absorción o desorción de gases debido a las reacciones químicas de

degradación térmica.

De hecho, durante el ensayo se determina continuamente la masa y la temperatura

de una muestra, aumentando su temperatura, si el régimen es dinámico.

Asimismo, se puede medir el cambio de masa que experimenta una muestra a

temperatura constante respecto del tiempo.

EQUIPO

El equipo utilizado para este tipo de análisis es un termogravímetro Mettler Toledo

TGA/SDTA 851E.


III‐31

Figura III. 33: Analizador termogravimétrico Mettler Toledo TGA/SDTA 851E.

Figura III. 34: Detalle del analizador termogravimétrico Mettler Toledo TGA/SDTA 851E

El termogravímetro está dotado de una balanza de alta precisión, un horno de

calentamiento por radiación y un termopar, y presenta las siguientes características:

Tabla III. 11: Características técnicas del termogravímetro Mettler Toledo RGA/SDTA 851E

Balanza Horno

Peso máximo : 1g Tª máxima: 1600oC Resolución : 1µg Precisión: ± 0.25oC Deriva: < 7 µg/h Refrigeración: Agua

El ensayo fue realizado bajo las siguientes condiciones: velocidad de calentamiento

de 5 oC/min, desde la temperatura ambiente hasta 600 oC en atmósfera inerte de

nitrógeno. El análisis se basa en la medida de la variación de la masa de una muestra

cuando está sometida a un programa de temperatura (régimen dinámico) en una

atmósfera controlada. La variación de masa puede ser una pérdida o una ganancia de

masa. Haciendo la representación de la masa o del porcentaje de masa en función de


III‐32

la temperatura se obtienen los termogramas, o lo que es lo mismo, curvas de

descomposición térmica. También se representa la variación de masa o la derivada

con respecto a la temperatura (curvas derivadas DTGA).

El criterio básico utilizado en el ensayo es calcular la temperatura del límite izquierdo

(left limit) y la temperatura de inicio de la transformación (o temperatura onset). La

primera, es la temperatura que se obtiene cuando la muestra comienza a perder

peso, no siendo debido a la pérdida de humedad de la fibra; la segunda,

estrictamente, es considerada la temperatura de degradación de la fibra, esta es la

correspondiente al punto de intersección entre la tangente trazada desde el punto

con más pendiente, al inicio del pico y la interpolación con la línea base. También en

los termogramas se obtiene información acerca de la cantidad de material que queda

como residuo después de la descomposición térmica. Este residuo constituye las

sustancias no celulósicas de la fibra y sustancias como la lignina, que poseen

velocidades de degradación muy lentas, lo que hace que incluso a temperaturas

superiores a 500 oC continúe perdiendo peso.

Figura III. 35: Termograma de la fibra virgen de platanera.

Por otro lado, otro parámetro a evaluar es la temperatura pico, que se obtiene

partiendo de las curvas de derivación, o la temperatura a la que se obtiene la máxima

velocidad de degradación.

El análisis comparativo de los tratamientos aplicados a las fibras propuestos en el

trabajo se ha realizado tomando como referencia el valor de la temperatura de

degradación.


III‐33

RESULTADOS TGA

En este estudio se muestran las diferencias encontradas entre la fibra virgen,

compuesta de sustancias celulósicas y no celulósicas, con la celulosa pura; y cómo al

aplicarle los tratamientos a la fibra platanera, se pueden conseguir respuestas más

próximas a las obtenidas con la celulosa pura. En la Figura III.29 se observa el

termograma de análisis térmico comparativo fibra virgen‐celulosa cristalina.

En la tabla III.12 se presentan los resultados del análisis y se muestra cómo las tres

temperaturas estudiadas en el termograma son mayores para el caso de la celulosa

cristalina.

Además, se observan claras diferencias en los tres valores de temperatura,

concluyendo que tanto la temperatura del límite izquierdo, la temperatura de

descomposición y temperatura pico en la celulosa pura es mayor que la fibra de

platanera virgen.

Figura III. 36: Comparativa TGA Fibra Virgen‐Celulosa.

Tabla III. 12:. Temperaturas de límite izquierdo, de descomposición térmica y de pico,

obtenidas en el análisis térmico de la fibra virgen y la celulosa pura

Temperatura Límite Izquierdo (oC)

Temperatura de Descomposición Térmica (oC)

Temperatura de Pico (oC)

Fibra Virgen 206 300 330 Celulosa 296 320 335

En la primera etapa se muestra, para el caso de la celulosa pura, una pérdida de peso

en torno al 0,61%. Para el caso de la fibra virgen este valor llega a ser del 2,44%. Este


III‐34

efecto tiene lugar, fundamentalmente, por la descomposición de las hemicelulosas

presentes en la fibra virgen, que es el componente menos estable y comienza a

descomponerse térmicamente a temperaturas próximas a 225oC. Así mismo, se

aprecia cómo el valor de la temperatura left limit es muy inferior en la fibra virgen

que en la celulosa (206 oC frente a 296 oC, respectivamente) provocado también por

el mismo efecto.

De la representación conjunta de las dos curvas se concluye que el residuo que

queda, después de alcanzar la descomposición térmica, es mayor en el caso de la

fibra de platanera virgen. Este hecho indica la presencia de compuestos difícilmente

degradables térmicamente, principalmente ligninas ya que esta posee el porcentaje

más alto de carbono fijo si se compara con la celulosa y hemicelulosa, y por tanto,

será más resistente a la degradación térmica. Aunque comienza a degradar a

temperaturas relativamente bajas, su descomposición es muy lenta, puesto que

continúa perdiendo peso a temperaturas superiores a 500oC, resultando, por

consiguiente, que incluso a temperaturas tan altas puede quedar de forma residual

un 40% en peso de su masa original [6,7].

La Figura III.30 presenta el resultado de los termogramas obtenidos frutos del ensayo

de las fibras de platanera sometidas al tratamiento alcalino con sosa 0.1, 1 y 4N.

Figura III. 37: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N a

temperatura ambiente.


III‐35


obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N.


Temperatura de descomposición Térmica (oC)


NaOH 0,1N 204 265 301 NaOH 1N 236 280 318 NaOH 4N 229 275 318

Con el análisis térmico se verifica que los valores más altos de las temperaturas

corresponden a los tratamientos con mayores concentraciones de NaOH, siendo

concretamente el tratamiento de NaOH 1N con el que se obtiene la mayor

temperatura de degradación térmica, 280oC. Esta tendencia positiva también es

observada en la cantidad de residuos, lo que implica que este tratamiento se

presenta eficaz en cuanto a la efectividad en la limpieza de la fibra. Ello se debe a que

este tratamiento supone la solubilización de las ligninas en el álcalis, ya que estas son

las sustancias celulósicas que más lentamente se descomponen y por tanto, si el

tratamiento de NaOH 1N no actuase, la lignina aparecería en el residuo. Se observa

en la figura anterior cómo un 35,4% de peso total de la muestra queda como

residuos una vez descompuesta térmicamente la materia tratada con NaOH 1 N. Si

bien, hay que decir que las diferencias son menos significativas cuando se comparan

las curvas correspondientes a las concentraciones 0,1 y 4 N, en las que el residuo

resultante es de 49 y 43%, respectivamente.

Por otro lado, con estos tratamientos se producen indicios de debilitamiento e

incluso distensionamiento de las paredes exteriores de las fibras, aspectos que

refuerzan la idea de que efectivamente el proceso introduce variaciones sobre la

estructural de la fibra debido a que puede afectar a algunos componentes de la

fibra. Estos cambios se traducen en el menor comportamiento térmico, ya que las

temperaturas de degradación alcanzadas con estos tratamientos no superan la

temperatura de degradación de la fibra virgen, que es 300oC.

Tabla III. 14: Temperaturas de límite izquierdo, de descomposición térmica y de pico,

obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N bajo condiciones de

presión y temperatura.




NaOH 0,1N (PT) 262 302 341 NaOH 1N (PT) 264 320 347 NaOH 4N (PT) 266 330 358


III‐36

Figura III. 38: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0.1, 1 y 4N bajo

condiciones de presión y temperatura

En la figura III.31, al igual que en el caso anterior, se observa una tendencia a la

elevación en el valor de la temperatura de descomposición térmica a medida que

aumenta la concentración de hidróxido sódico, distinguiéndose claras diferencias

entre la temperatura medida para el tratamiento NaOH 0,1N (PT) y el resto de los

tratamientos más concentrados. También se verifica la tendencia a obtener menor

cantidad de residuos (30,5%) con el tratamiento NaOH 1N (PT).

Por tanto, se concluye que los tratamientos aplicados a la fibra de platanera tienen

un efecto en la elevación del valor de la temperatura de descomposición térmica y

ésta va aumentando en función de la concentración de álcalis utilizada, siendo las

diferencias más significativas las que se observan con el tratamiento NaOH 0,1N.

Como se muestra en la Tabla III.14, todas las temperaturas de degradación

estudiadas en este apartado superan la temperatura de descomposición de la fibra

virgen que es de 300 oC.

Influencia de la presión en los resultados

Para analizar la influencia de la variable presión sobre la descomposición de la fibra

de platanera se estudiaron los termogramas comparativos entre los tratamientos

aplicados a la fibra a la misma concentración, pero observando qué modificaciones

tenían lugar cuando a ese mismo tratamiento se aplicaba la variable presión. Al llevar


III‐37

a cabo el tratamiento alcalino en un reactor discontinuo bajo condiciones de presión

y temperatura, 131,7 Pa y 380 K, se obtiene un aumento considerable en los tres

valores de temperatura estudiados en los termogramas de la Figura III.30, según se

aprecia en la Tabla III.15, verificándose también un menor residuo (39,6%).

Figura III. 39: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0,1 y NaOH 0,1N bajo

condiciones de presión y temperatura.


obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1N y NaOH 0,1N bajo



obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 1N y NaOH 1N bajo condiciones

de presión y temperatura.




NaOH 0,1N 204 265 301 NaOH 0,1N (PT) 262 302 341




NaOH 1N 236 280 318 NaOH 1N (PT) 264 320 347


III‐38

Figura III. 40: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 1 y NaOH 1N bajo


Figura III. 41: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 4N y NaOH 4N bajo



III‐39


obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 4N y NaOH 4N bajo condiciones

de presión y temperatura.

Analizando las figuras correspondientes a la comparativa NaOH 1N y 4N con presión

y sin presión, se observa la misma tendencia explicada anteriormente. El tratamiento

con presión aplicado a la fibra tiene el efecto del aumento de la temperatura de

descomposición térmica y una clara reducción en el porcentaje de residuo; lo cual

lleva a pensar que los mejores resultados (mayor temperatura de degradación) se

obtienen cuando los tratamientos se realizan bajo condiciones de presión. Este hecho

parece indicar que se produce una limpieza más efectiva de las sustancias no fibrosas

como la hemicelulosa, pectinas y ceras, que constituyen impurezas para el objetivo

perseguido en el uso de la fibra de platanera planteado en este trabajo.

Influencia del Agente de Acoplamiento

Para ver la influencia del agente de acoplamiento, se ha realizado la comparación

entre la fibra tratada con presión (puesto que fueron los mejores resultados

obtenidos), con el tratamiento en las mismas condiciones más la adición de

Anhídrido Maleico. También se realizó un estudio comparativo entre la fibra virgen y

la misma fibra tratada con agente de acoplamiento.

Figura III. 42: Comparativa TGA Fibra Virgen de platanera y Fibra Virgen con adición de

Anhídrido Maleico.




NaOH 4N 229 275 318 NaOH 4N (PT) 266 330 358


III‐40


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra Virgen y Fibra Virgen con adición de Anhídrido

Maleico.

Los datos reflejados en la figura y tabla anterior muestran un aumento de los tres

valores de las temperaturas analizadas al aplicarle AM a la fibra, lo que puede

significar que con este tratamiento la fibra presenta mayor estabilidad térmica.

Figura III. 43: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 0,1N (PT) y con NaOH 0,1N (PT)‐AM.


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 0,1N (PT) y NaOH 0,1N (PT)‐AM.

La diferencia más apreciable es la mejora en el comportamiento térmico que aparece

en la fibra tratada con NaOH 0,1N (PT)‐AM, siguiendo la misma tendencia mostrada

en el párrafo anterior, donde se menciona el comportamiento de la fibra virgen. Si




Fibra Virgen 206 300 330 F‐AM 259 325 358




NaOH 0.1N(PT) 262 302 341 NaOH 0.1N(PT)‐AM 264 320 347


III‐41

bien en el análisis de espectrofotometría de infrarrojos no se aprecia un cambio

morfológico notable en este tratamiento, sí se observa este aumento en la

temperatura de degradación. También se aprecia cierta homogenización en los

resultados de la temperatura del Límite Izquierdo y la temperatura Pico, lo que

pudiera ser debido a que el anclaje del anhídrido maleico haya provocado que las

moléculas tengan mayor peso molecular, y por tanto, mayor resistencia a la

degradación; o bien a la eliminación de compuestos de bajo peso molecular con el

tratamiento de maleico.

Figura III. 44: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐AM.


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 1N (PT) y NaOH 1N (PT)‐AM.




NaOH 1N(PT) 264 320 347 NaOH 1N(PT)‐AM 267 320 341


III‐42

Figura III. 45: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 4N (PT) y con NaOH 4N (PT)‐AM.


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 4N (PT) y NaOH 4N (PT)‐AM.

En las figuras y tablas correspondientes a las comparativas 1N y 4N con sus

respectivas de adición con maleico, no parece existir influencia del agente de

acoplamiento en ninguno de los tres parámetros de temperatura estudiados. Esto

corrobora lo ya visto en el análisis por espectrofotometría de infrarrojos, donde no se

observaba la aparición del pico correspondiente al grupo carbonilo, indicando que la

fibra está siendo modificada por el agente de acoplamiento.

Estudio de la curva derivada

En el análisis termográfico, la curva derivada determina el gradiente en la variación

de la masa con la temperatura o la velocidad con la que se alcanza la máxima

degradación térmica, pudiéndose obtener algunos picos asociados a la degradación

de compuestos diferentes. En la Figura III.39 siguiente se muestra la curva DTGA

comparativa entre las muestras que han presentado mayores diferencias

significativas en los diferentes análisis anteriores.




NaOH 4N(PT) 266 330 358 NaOH 4N(PT)‐AM 267 328 358


III‐43

Figura III. 46: Comparativa DTGA Celulosa, Fibra Virgen, Fibra con Anhídrido Maleico, Fibra

tratada con NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐AM.

Se observan pocas diferencias de comportamiento de los distintos tratamientos

estudiados, aunque todos con la misma tendencia. Dicha tendencia coincide con la

de la celulosa pura, en la que aparece un único pico a 335 oC, correspondiente a la

máxima velocidad de descomposición y considerando su rango de descomposición

entre 258oC y 350oC, según la estructura cristalina.

Para una mejor descripción de los picos, se presenta la misma gráfica anterior, pero

sin la muestra de celulosa:

Figura III. 47. Comparativa DTGA, Fibra Virgen, Fibra con Anhídrido Maleico, Fibra tratada con

NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐AM.


III‐44

Se observa que todas las muestras presentan una leve disminución de peso en la

primera etapa del ensayo (temperaturas inferiores a 200oC) debido

fundamentalmente a la pérdida de humedad de las muestras. La muestra tratada con

NaOH 1N (PT) posee la mayor velocidad de degradación, lo que confirma la hipótesis

de que con esta concentración de álcalis se produce un efecto limpieza en la fibra

más eficaz. Ello se debe, como se apuntó anteriormente a que la lignina empieza a

degradar a temperaturas relativamente más bajas y más lentamente que la celulosa y

las hemicelulosas. Por otro lado, la degradación de la hemicelulosa tiene lugar a

225oC . Estos dos aspectos se ven reflejados en la Figura III.40, donde puede

observarse en la curva de la fibra virgen que aparece un pico más ancho, lo que

parece ser debido, por un lado, a que la lignina se descompone más lentamente y,

por otro, a la degradación de las hemicelulosas.

Conclusiones

El análisis termogravimétrico realizado sobre las fibras de platanera no tratadas y

tratadas con diferentes tratamientos y descrito en las páginas anteriores, permite

concluir lo siguiente:

La temperatura de degradación de la fibra de platanera aumenta de forma

general cuando aumenta la concentración de hidróxido sódico aplicado en el

tratamiento de limpieza de la fibra.

Se observa que, en la fibra tratada con álcalis a temperatura ambiente no se

consiguen valores de temperatura de degradación altos, incluso son más

bajos que la temperatura de degradación correspondiente a la fibra sin

tratar, que es 300oC.

Cuando se aplica presión al tratamiento de limpieza de la fibra, los resultados

son más optimistas puesto que se produce un aumento de la temperatura de

degradación en relación a la concentración utilizada en el ensayo. A mayor

concentración mayor temperatura de degradación, siendo la diferencia más

notable cuando se comparan los tratamientos 0,1N y 1N con temperaturas

de degradación de 302 y 320 oC, respectivamente. Esta tendencia continúa si

la comparación es entre 1N y 4N (320 y 330 oC), aunque no se refleja un

aumento considerable en las propiedades térmicas para el tratamiento 4N.


III‐45

Con el agente de acoplamiento, se verifica que existe, al tratar la fibra virgen

y la fibra a bajas concentraciones de álcalis (0,1N), un aumento de la

temperatura de degradación considerable cuando la muestra es ensayada

con el anhídrido maleico. En el caso de la fibra virgen hay un incremento de

25 oC y en el caso de NaOH 0,1N es de 55 oC.

No ocurre lo mismo cuando se habla de los tratamientos con altas

concentraciones. En estos casos se puede advertir que no existe una

influencia en la aplicación del anhídrido maleico, ya que no se verifica una

respuesta significativa en los valores de las temperaturas.

Los valores de temperatura relativos a los tratamientos en los que se emplea

como variable de control sólo la temperatura de ebullición normal, no se

presentan en este trabajo de forma graficada, por el hecho que son unos

valores intermedios entre la fibra sin tratar o bajas concentraciones de álcalis

y la fibra tratada con NaOH 1 y 4 N con presión y temperatura. En la Tabla

III.22 se resumen los valores obtenidos en todos los tratamientos.

Tabla III. 22: Resumen de Temperaturas de límite izquierdo, de descomposición térmica y de

pico y % de residuos, obtenidas en el análisis térmico de la Fibra de Platanera.

Temperatura Límite Izquierdo

(oC)


Temperatura de Pico(oC)

% Residuo

Fibra Virgen 206 300 330 33 NaOH 0,1 N 204 265 301 49

NaOH 0,1 N (PT) 262 302 341 40

NaOH 1N 236 280 318 35 NaOH 1N (PT) 264 320 347 30 NaOH 1N (T) 259 305 335 27

NaOH 4N 229 275 318 43

NaOH 4N(PT) 266 330 358 34 NaOH 4N (T) 264 310 347 31

AM 259 325 358 34

NaOH 0,1N(PT)‐AM

264 320 347 44

NaOH 1N(PT)‐AM 267 320 341 44 NaOH 4N(PT)‐AM 267 328 358 34

Celulosa 296 320 335 15


III‐46

Los porcentajes de los residuos mostrados en la Tabla III.22, son un aspecto

que se considera en este estudio, observándose que los valores son

tendentes a superar el valor del residuo de la fibra virgen (33%) y, por

supuesto, el de la celulosa pura (15%), exceptuando los casos de la fibra

tratada con NaOH 1N (P,T) y NaOH 1N (T), en los que se obtienen valores de

los residuos inferiores pero muy cercanos al de la fibra virgen, 30 y 27%

respectivamente. Esto se explica por la naturaleza de la fibra de la platanera,

ya que al ser una fibra vegetal, está compuesta no sólo por la celulosa (con

distinta estructura cristalina), sino también por otras sustancias tales como

las hemicelulosas, ligninas, pectinas…. El simple hecho de que no se puedan

alcanzar los valores referidos de la celulosa pura, implica que no se está

produciendo la degradación total de la fibra, ya que algunos compuestos

como la lignina no son fácilmente degradables por medios térmicos, debido a

que su temperatura de degradación es superior a las empleadas en este

estudio.

El estudio de la curva derivada de la TGA indica que la velocidad de

degradación mayor se da en la celulosa.

La fibra virgen presenta una velocidad menor y un pico más ancho, donde se

refleja la descomposición lenta de la lignina contenida en la fibra y la

descomposición de la hemicelulosa que ocurre a una temperatura de 225oC.

Estos aspectos se ven más atenuados cuando se observa la DTGA de la fibra

tratada con NaOH 1N (PT), lo que concluye que la limpieza de la fibra con

este tratamiento es muy eficaz.

Como conclusión final se considera que la fibra con NaOH 1N(PT) presenta el

comportamiento más similar al de la celulosa microcristalina.

III.4.4 ENSAYOS MECÁNICOS

INTRODUCCIÓN

Estos ensayos, además de los estudios termogravimétricos y análisis de infrarrojos

por transformadas de Fourier, han sido realizados con el propósito de observar cómo


III‐47

algunas propiedades mecánicas se ven afectadas al introducir los tratamientos

alcalinos y el anhídrido maleico a la fibra.

De cara al diseño funcional de las piezas de plástico reforzadas con fibra de platanera

e inyectadas, es de suma importancia tener caracterizado el comportamiento

mecánico del material de refuerzo y, sobre todo, dentro de las propiedades

mecánicas destaca principalmente la importancia del Módulo Elástico, de cara a

prever las deformaciones que puedan tener las piezas bajo carga. Cabe decir, no

obstante, que estos análisis resultarán mucho más clarificadores cuando sean

aplicados al composite final. Así pues, en este apartado se trata de valorar qué

influencia tiene la aplicación de los distintos tratamientos diseñados en las

propiedades mecánicas de las fibras de cara a tener una idea cualitativa del efecto

que ésta podrá aportar al composite.

METODOLOGÍA EMPLEADA

Para la elaboración del análisis se han seguido los siguientes pasos:

1.‐ Preparación de 10 filamentos de cada uno de los ensayos programados.

2.‐ Medida de cada uno de los diámetros de filamentos.

3.‐ Rotura mecánica.

4.‐ Procesado de datos por medio del software Excel.

5.‐ Representación gráfica tensión‐deformación

6.‐ Determinación de las propiedades mecánicas.

EQUIPO

El ensayo mecánico de tracción de la fibra ha sido desarrollado en una Máquina

Universal Instrom 5564, con velocidad de ensayo de 1mm/min, propiedad del

Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Las Palmas de Gran

Canaria.


III‐48

Figura III. 48: Máquina Universal Instrom 5564.

Las características técnicas del equipo son: se presentan a continuación:

Tabla III. 23: Características técnicas de la Máquina Universal Instrom 5564

Capacidad de Carga 2 kN Velocidad máxima 2500 mm/min Velocidad mínima 0,05 mm/min

Fuerza máxima a máxima velocidad 1 kN Velocidad máxima a plena carga 1000 mm/min

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS MECÁNICOS A TRACCIÓN

A cada uno de los multifilamentos del ensayo se le ha determinado su diámetro,

realizando tres medidas de éste a lo largo de la longitud de la fibra, que es 100 mm.

Posteriormente, las fibras fueron sometidas a ensayos mecánicos de tracción con el

fin de evaluar su resistencia mecánica. Se realizaron un mínimo de diez ensayos para

cada tipo de fibra. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:

Tabla III. 24: Resultados de Resistencia y Módulo Elástico

Resistencia a la tracción (MPa) Módulo Elástico (GPa)

Media Desviación Estándar

Media Desviación Estándar

Fibra Virgen 891.0 194.1 42.8 12.0 AM 976.3 363.1 55.4 18.9

NaOH 0,1N 721.7 192.4 45.3 11.8 NaOH 0,1 N‐AM 867.3 200.6 63.5 16.5 NaOH 1N (PT) 687.4 268.3 52.3 17.8

NaOH 1N PT)‐AM 564.0 144.6 52.1 17.0 NaOH 4 N (PT) 591.5 102.5 18.8 5.2

NaOH 4N (PT)‐AM 441.2 188.7 24.4 5.9


III‐49

Observando los resultados se verifica una disminución de resistencia a la tracción

cuando la fibra es tratada con sosa. Al aumentar la agresividad del tratamiento,

concentraciones mayores de álcalis, se muestra una tendencia a la disminución de los

valores de resistencia. También se observa cómo para la fibra virgen y la tratada con

concentraciones de 0,1 N, al aplicarle el anhídrido maleico, hay un aumento en los

valores de la resistencia, cosa que no ocurre en el caso de la sosa 1 N y, sobre todo,

en la 4N, siguiendo la tendencia mostrada en el comportamiento térmico donde no

aumentaba de manera considerable la temperatura de descomposición y el análisis

infrarrojo, donde tampoco se observa la modificación química de la fibra con el

anhídrido maleico.

En cuanto al módulo elástico, sólo los tratamientos con NaOH 4 N bajo condiciones

de presión presentan una disminución considerable del módulo elástico.

CONCLUSIONES

Los tratamientos con sosa suponen un sistema de limpieza de la celulosa efectivo.

Cuanto mayor es la concentración de NaOH, más eficaz es el efecto de limpieza. No

obstante, dichos tratamientos producen una disminución en la resistencia a tracción.

La eliminación de la lignina y hemicelulosa se ve favorecida por la aplicación de

presión y temperatura en los ensayos (131 Pa y 380K).

Con la concentración de 4N no se encuentran diferencias sustanciales en el

comportamiento térmico‐químico al compararla con la 1N. Pero sí muestra una

respuesta en los ensayos mecánicos, disminuyendo de forma considerable el módulo

elástico.

El anhídrido maleico modifica químicamente a la fibra sin tratar y la tratada a bajas

concentraciones de NaOH. Este aspecto también se ve reflejado en un aumento en la

resistencia a la tracción.

La fibra tratada con NaOH 1N (PT) presenta buenos resultados en todos los ensayos

realizados. Este tratamiento genera una fibra muy limpia de impurezas con una

respuesta alta en su comportamiento térmico y con valores aceptables en los

ensayos mecánicos.


III‐50

Estos resultados dependen mucho de la cantidad de fibrillas (haces de fibras) que

constituyen las fibras a ensayar, tal como se aprecia en la figura, en la que se recoge

una imagen de la superficie de una de estas realizadas en el microscopio

metalográfico Marca Olympus Mod PME‐33ADL localizado en el laboratorio de

Nanociencia y Nanomateriales del Departamento de Ingeniería Mecánica de la

ULPGC.

Figura III. 49:. Micrografía de Fibra de platanera virgen obtenida mediante microscopio

metalográfico a) 150 aumentos y b) 600 aumentos


III‐51

III.5. BIBLIOGRAFÍA

[1] Biagotti, J., Cantero, G., et als, A Systematic Investigation on the Influence of the

Chemical Treatment of Natural Fiber on the Properties of their Polymer Matrix

Composites, Polymer Composites, (2004), 25 (5):

[2] Johan M. Felix, Paul Gatenholm, The nature of adhesion in composites of modified

cellulose fibers and polypropylene (XXXX) Journal Applied Polymer Science, 42:

609‐620.

[3] López Sánchez, Ángel, Tesis Influencia del proceso de reciclado sobre los

materiales compuestos obtenidos por inyección del poliestireno reforzado con

fibras lignocelulosicas. ISBN: 84‐688‐8618‐1.

[4] Cantero, G, Arbelaiz, A., Llano–Ponte, R., Effects of fibre treatment on wettability

and mechanical behaviour of flax polypropylene composites, (2003) Composites

Science and Technology, 63.

[5] Tian, C.M., Shi, Z.H., Zhang, H.Y., X,U, J.Z., Shi, J.R, Guo, H.Z. (1999) Journal of

Thermal Analysis and Calorimetry, 55:93‐98.

[6] Haiping, Y. Rong, Y., Hanping, C., Dong, Ho L., Chuguang, Z, Characteristics of

hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis (2007) Fuel, 86:1781‐1788.

[7] Cordero O T., Márquez, F., Rodríguez‐Mirasol, J., Rodríguez, J. J. Predicting heating

values of lignocellulosics and carbonaceous materials from proximate análisis

(2001) Fuel, 80(11): 1567‐1571.


III‐52

III.6. INDICE DE FIGURAS

Figura III. 1: a) Hoja del pseudotallo de una platanera; b) Estructura de las hojas de

platanera y corte transversa. .........................................................................................2

Figura III. 2: Extracción de fibra de la hoja seca de la platanera....................................3

. Figura III. 3: Tuxi tras el tratamiento con agua caliente y vapor;.................................4

Figura III. 4: Tuxi tras la acetilación ................................................................................4

Figura III. 5: Fibra obtenida tras el secado en estufa .....................................................5

Figura III. 6: Raspado manual de la fibra. .......................................................................6

Figura III. 7Fibra seca, tras la extracción en verde .........................................................6

Figura III. 8: Diseño del procedimiento empleado en la fibra y sus tratamientos. .......1

Figura III. 9:. Fibras tratadas con hidróxido sódico a distintas concentraciones. ........11

Figura III. 10: Fibras tratadas con Hidróxido Sódico a distintas concentraciones (con

temperatura de ebullición normal)..............................................................................11

Figura III. 11: Fibras tratadas con Hidróxido Sódico a distintas concentraciones a

presión (131,7 kPa) y temperatura (380 K) ..................................................................12

Figura III. 12: Reactor discontinuo provisto de reflujo y calorifugado en la ULPGC. ...13

Figura III. 13: a) Proyector de perfiles Nixon Nixon, modelo V12A, b) Balanza de

precisión Mettler Toledo..............................................................................................14

Figura III. 14: Variación de la densidad ........................................................................17

Figura III. 15: Diferentes fases de las fibras (antes y después del tratamiento). .........18

Figura III. 16: Vibración stretching de dos átomos unidos covalentemente................19

Figura III. 17: Tipos de vibración stretching para tres átomos unidos por enlaces

covalentes. ...................................................................................................................20

Figura III. 18: Vibraciones bending para tres átomos unidos por enlaces covalentes.20

Figura III. 19: Espectrofotómetro utilizado en espectroscopia de infrarrojo junto con

el software compatible (PC) .........................................................................................21

Figura III. 20: Primer plano del espectrofotómetro utilizado en espectroscopia de

infrarrojo. .....................................................................................................................21

Figura III. 21: Espectrofotometría de la fibra virgen de la platanera con la celulosa

pura. .............................................................................................................................22


III‐53

Figura III. 22: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1N

con presión y sin presión. ............................................................................................ 23

Figura III. 23: Molécula de la lignina. ........................................................................... 23

Figura III. 24: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 1N con

y sin presión. ................................................................................................................ 24

Figura III. 25: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 4N con

presión y sin presión.................................................................................................... 24

Figura III. 26: Esquema de los grupos hidroxilos ......................................................... 25

Figura III. 27. Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y

4 N................................................................................................................................ 26

Figura III. 28: Reacción de esterificación [2,3]. ............................................................ 27

Figura III. 29. Espectrofotometría de la fibra de la platanera sin tratar y con Anhídrido

Maleico. ....................................................................................................................... 27

Figura III. 30: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 0,1 N y

Anhídrido Maleico. ...................................................................................................... 28

Figura III. 31:Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 1N y


Figura III. 32: Espectrofotometría de la fibra de la platanera tratada con NaOH 4 N y


Figura III. 33:. Analizador termogravimétrico Mettler Toledo TGA/SDTA 851E. ......... 31

Figura III. 34: Detalle del analizador termogravimétrico Mettler Toledo TGA/SDTA

851E ............................................................................................................................. 31

Figura III. 35: Termograma de la fibra virgen de platanera. ........................................ 32

Figura III. 36: Comparativa TGA Fibra Virgen‐Celulosa................................................ 33

Figura III. 37: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N a

temperatura ambiente. ............................................................................................... 34

Figura III. 38: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0.1, 1 y 4N bajo

condiciones de presión y temperatura........................................................................ 36

Figura III. 39: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 0,1 y NaOH 0,1N

bajo condiciones de presión y temperatura................................................................ 37

Figura III. 40:. Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 1 y NaOH 1N


Figura III. 41: Comparativa TGA Fibra de platanera tratada con NaOH 4N y NaOH 4N



III‐54

Figura III. 42: Comparativa TGA Fibra Virgen de platanera y Fibra Virgen con adición

de Anhídrido Maleico. ..................................................................................................39

Figura III. 43: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 0,1N (PT) y con NaOH 0,1N

(PT)‐AM. .......................................................................................................................40

Figura III. 44: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐

AM. ...............................................................................................................................41

Figura III. 45: Comparativa TGA Fibra tratada con NaOH 4N (PT) y con NaOH 4N (PT)‐

AM. ...............................................................................................................................42

Figura III. 46: Comparativa DTGA Celulosa, Fibra Virgen, Fibra con Anhídrido Maleico,

Fibra tratada con NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐AM...........................................43

Figura III. 47. Comparativa DTGA, Fibra Virgen, Fibra con Anhídrido Maleico, Fibra

tratada con NaOH 1N (PT) y con NaOH 1N (PT)‐AM. ...................................................43

Figura III. 48: Máquina Universal Instrom 5564...........................................................48

Figura III. 49:. Micrografía de Fibra de platanera virgen obtenida mediante

microscopio metalográfico a) 150 aumentos y b) 600 aumentos ..............................50

III.7. ÍNDICE DE TABLAS

Tabla III. 1: Fibra tratada con distintos tratamientos a diferente temperatura y

presión............................................................................................................................7

Tabla III. 2: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra sin tratar. ..........................15

Tabla III. 3: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra‐NaOH 1N. .........................15

Tabla III. 4:. Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra ‐AM..................................16

Tabla III. 5: Medidas del Diámetro y Densidad de la Fibra–NaOH 1N‐AM...................16

Tabla III. 6:. Valores intermedios de pérdida de peso de las fibras con los

tratamientos.................................................................................................................18

Tabla III. 7. Determinación del grupo funcional de cada fibra por espectrofotometría.

......................................................................................................................................22

Tabla III. 8: Determinación del grupo funcional en fibra tratadas con NAOH 0,1N.....24

Tabla III. 9: Resultado de la fibra de platanera tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N. ..........26

Tabla III. 10:. Resultado de la fibra de platanera tratada con anhídrido maleico........28

Tabla III. 11: Características técnicas del termogravímetro Mettler Toledo RGA/SDTA

851E..............................................................................................................................31


III‐55


obtenidas en el análisis térmico de la fibra virgen y la celulosa pura ......................... 33


obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N. ............... 35


obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1, 1 y 4 N bajo



obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 0,1N y NaOH 0,1N bajo



obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 1N y NaOH 1N bajo



obtenidas en el análisis térmico de la fibra tratada con NaOH 4N y NaOH 4N bajo



obtenidas en el análisis térmico de la Fibra Virgen y Fibra Virgen con adición de



obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 0,1N (PT) y NaOH 0,1N

(PT)‐AM........................................................................................................................ 40


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 1N (PT) y NaOH 1N

(PT)‐AM........................................................................................................................ 41


obtenidas en el análisis térmico de la Fibra tratada con NaOH 4N (PT) y NaOH 4N

(PT)‐AM........................................................................................................................ 42

Tabla III. 22: Resumen de Temperaturas de límite izquierdo, de descomposición

térmica y de pico y % de residuos, obtenidas en el análisis térmico de la Fibra de

Platanera...................................................................................................................... 45

Tabla III. 23: Características técnicas de la Máquina Universal Instrom 5564 ............ 48

Tabla III. 24: Resultados de Resistencia y Módulo Elástico ......................................... 48

Capítulo IV: Fabricación y Estudio Reológico

del Composite

Capítulo IV: Fabricación y estudio reológico del composite


iV. FABRICACIÓN Y ESTUDIO REOLÓGICO DEL COMPOSITE ...................................... 1

IV.1. Obtención del composite ........................................................................... 4

Corte de la fibra ............................................................................................... 4

Obtención de la granza ................................................................................... 5

Análisis de la granza ........................................................................................ 7

IV.2. Caracterización reológica ........................................................................... 8

Fluidos newtonianos ..................................................................................... 11

Fluidos no newtonianos ................................................................................ 11

IV.2.1 Reómetro capilar ..................................................................................... 13

Fórmulas de obtención de la viscosidad ....................................................... 15

Modelos Matemáticos. ................................................................................. 15

IV.2.2 Descripción del Ensayo Relológico ........................................................... 16

IV.2.3 Resultados obtenidos .............................................................................. 17

Análisis de los datos. ..................................................................................... 17

PP‐PPMA ........................................................................................................ 17

PP‐PPMA‐F ..................................................................................................... 21

PP‐PPMA‐FA .................................................................................................. 23

PP‐PPMA‐FB .................................................................................................. 27

Comparativa entre materiales ...................................................................... 29

IV.3. Obtención del comportamiento viscoso con molde en espiral ................. 32

IV.3.1 Molde en espiral. ........................................................................................ 32

Geometría del molde en Espiral e instrumentación auxiliar. ........................ 34

Geometría del molde .................................................................................... 34

Instrumentación auxiliar. .............................................................................. 34

Condiciones del proceso. .............................................................................. 36

Temperatura de inyección. ........................................................................... 36



Inyección en el molde en espiral. ..............................................................................36

Pruebas de inyección.................................................................................................38

IV.4. Análisis de los resultados....................................................................................41

IV.4.1 Análisis de las longitudes.........................................................................................41

Análisis comparativo de longitudes entre el PP‐PPMA y PP‐PPMA‐F........................44

Análisis comparativo de longitudes entre el PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FB. ....................45

Análisis comparativo de longitudes entre el PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FA. ....................46

Análisis comparativo de longitudes entre el PP‐PPMA‐F , PP‐PPMA‐FA , PP‐PPMA‐FB

...................................................................................................................................48

IV.4.2. Análisis de los tiempos ...........................................................................................49

IV.5. Modelo reológico molde en espiral.....................................................................51

IV.5.1. Caracteristicas del PP Hostacon ppu X9067HS.......................................................51

PP‐PPMA............................................................................................................................53

PP‐PPMA‐F.........................................................................................................................54

PP‐PPMA‐FB.......................................................................................................................56

PP‐PPMA‐FA. .....................................................................................................................57


IV‐1

IV. FABRICACIÓN Y ESTUDIO REOLÓGICO DEL COMPOSITE

Todo material susceptible de ser usado en procesos de transformación debe ser

evaluado con el fin de conocer propiedades intrínsecas del mismo. En el caso del

proceso de inyección de polímeros el conocimiento de estas propiedades es más

crítico con respecto a otros procesos como podría ser el rotomoldeo, debido a la

cantidad de variables que se manejan. Uno de los parámetros o variables a

determinar es el comportamiento viscoso del material. Para el conocimiento del

mismo se han realizado, en el presente estudio, ensayos de reología en reómetros

capilares y en moldes en espiral.

En este capítulo se describe inicialmente el proceso de obtención del composite. A

continuación se detalla un estudio del comportamiento viscoso del composite

realizando, además, comparaciones entre los distintos materiales, estableciendo

como referencia el material sin reforzar.

El esquema de trabajo llevado a cabo se presenta en la Figura IV.1. En él se recoge la

preparación de cada uno de los materiales ensayados, la obtención de la granza y la

caracterización reológica y mecánica del composite.

Los datos de la caracterización mecánica del material estudiado en la presente tesis

se expondrán en el Capítulo V.

Antes de describir cómo se obtuvo el composite es conveniente detallar qué

materiales de partida se utilizaron para la fabricación del mismo. Además, se hace

uso de una simbología específica que permitirá la identificación de los distintos

composites a lo largo del documento y que se describe a continuación:

PP‐PPMA: Polipropileno mezclado con un 3% de Polipropileno con

Anhídrido Maleico.

PP‐PPMA‐F: Polipropileno mezclado con un 3% de Polipropileno con

Anhídrido Maleico y un 15% fibra virgen.

PP‐PPMA‐FA Polipropileno mezclado con un 3% de Polipropileno con

Anhídrido Maleico y un 15% fibra tratada con hidróxido sódico 1N (PT) y

Anhídrido Maleico.

PP‐PPMA‐FB Polipropileno mezclado con un 3% de Polipropileno con

Anhídrido Maleico y un 15% de fibra tratada con hidróxido sódico 1N

(PT).



IV‐2

Figura IV.1: Diagrama de operaciones de la mezcla Matriz –Fibra

El polipropileno (PP) usado fue el PP HOSTACOM PPU X9067HS. Éste es un

copolímero de alta cristalinidad, con buena dureza y rigidez así como una alta fluidez.

El aspecto que presenta es en forma de granulado grisáceo de esferas de 4 mm de

diámetro, aproximadamente. Una de las principales aplicaciones de este material en


IV‐3

la inyección de piezas de interior en el sector de la automoción. Las propiedades del

material, proporcionadas por el fabricante son las que se reseñan a continuación:

Tabla IV. 1: Propiedades de polipropileno HOSTACOM PPU X9067HS

Propiedades físicas Propiedades Valor Método

Densidad 0,910 g/cm3 ISO 1183 Velocidad de fundido 15 g/10 min ISO 1133

Propiedades Mecánicas

Propiedades Valor Método

Resistencia a la tracción Límite de elasticidad

26 MPa

ISO 527‐2/50

Deformación por tracción Límite de elasticidad

5,0%

ISO 527‐2/50

Módulo de flexión (23ºC) 1450 (Mpa) ISO 178 0ºC 5,0Kj/m2 Fuerza de impacto Charpy 23ºC 8,0 Kj/m2

ISO 179/1eA

Resistencia al impacto Charpy (23ºC)

No Rompe

ISO 179/1eU

Dureza a la penetración de bola

60,0 MPa ISO 2039‐1

Propiedades térmicas Propiedades Valor Método

0,45 MPa 100ºC ISO 75‐2/B Tª de deflexión por calor 1,8 MPa 58,0 ºC ISO 75‐2/A

Tª de Ablandamiento Vicat 147ºC ISO 306/A50

Además del PP se añadió un material, en concreto, el PPMA cuyo nombre comercial

es Bondyram® 1004 de Polyram. Éste es un tipo de polipropileno al que se le ha

incorporado Anhídrido Maleico. El porcentaje en peso añadido al PP de PPMA fue de

un 3 % en peso. Este material se añade con el objeto de mejorar la adherencia entre

la matriz y la fibra natural. Las propiedades del material están recogidas en la Tabla

IV.2.

Tabla IV. 2: Propiedades del polipropileno modificado Bondyram® 1004.

Propiedades Físicas Unidades Valor Método

Densidad g/cm3 0,90 ISO 1183 Velocidad de fundido g/10 min ≥ 150 ISO 1133

Propiedades térmicas

Punto de fusión OC 160 ISO 11357

Con respecto a la tipología de fibras empleadas han sido las utilizadas hasta este

capítulo: fibra sin tratar y fibra tratada químicamente.



IV‐4

IV.1. OBTENCIÓN DEL COMPOSITE

En este apartado se describe el proceso llevado a cabo en la obtención de los

distintos composites. Una vez extraída la fibra de platanera mediante el proceso

elegido (extracción mecánica) y realizados los tratamientos químicos se pasó a la

preparación de la fibra en el formato adecuado. Es decir, al corte de tamaño

adecuado para la integración con la matriz.

CORTE DE LA FIBRA

Las fibras de platanera están localizadas en la planta a lo largo de toda la hoja de la

misma. Por tanto, la longitud de las mismas depende de la longitud de la hoja. Por

ello, mediante el proceso de extracción mecánica se obtuvieron madejas de fibra con

longitudes variables entre 300‐700 mm. Esta variabilidad también dependió de la

longitud a la que se cortaron inicialmente las hojas para facilitar el proceso de

extracción. Uno de los inconvenientes que se originó, derivado, en parte a la longitud

de la fibra, fue el grado de enredo entre sí de los distintos filamentos de éstas. El

efecto se magnificó cuando las fibras fueron tratadas químicamente dado que se

adherían los filamentos unos con otros. Todo esto se tradujo en un problema cuando

se llevó a cabo el corte de la fibra a 3 mm, lo que supuso el tener que desechar una

parte importante de la fibra disponible, fundamentalmente, aquella a la que se le

había realizado tratamiento químico.

(a) (b)

Figura IV.2 (a) Fibra larga y limpia antes de cortar; (b) Fibra tratada químicamente.


IV‐5

Figura IV.3. Fibra cortada a 3 mm.

Se decidió cortar la fibra a 3 mm por ser ésta la longitud de la granza que se iba a

obtener.

Las masas obtenidas de cada tipo de fibra cortada a 3 mm para la formación de la

granza y la masa desechada (residual), están expresados en la siguiente Tabla:

Tabla IV. 3: Pesos de la fibra total (cortada a 3 mm y desechada) en los distintos casos.

Tratamiento Peso Total (g) Peso fibra para granza (g) Peso fibra residual (g)

Fibra Virgen 850 ‐ ‐

A 804 482 322

B 722 590 132

OBTENCIÓN DE LA GRANZA

Una vez cortada la fibra se pasó a la integración de la misma dentro de la matriz

polimérica. Para ello se hizo uso de una extrusora, en concreto, una Collin GMBH

Twin Screw Kneader Type 235 (50 x 12 D) cuyas características son las siguientes:

Tornillos contra‐rotantes.

Motor: 8 kW.

Rango de velocidad: 0 – 250 rpm.

Rango de temperatura: 0 – 499 ºC.

Capacidad de plastificación: 2 ‐20 kg/h.

En las siguientes imágenes se muestran distintas partes de la extrusora:



IV‐6

Figura IV.4: a) Línea de Extrusión b) Detalle de la Boquilla

El material se alimentó a los husillos de la extrusora desde dos tolvas. En una de ellas

se ubicó la fibra cortada y en la otra el PP. Este PP se mezcló previamente con un 3%

en peso de PPMA. Esta mezcla de PP‐PPMA es la que se utilizó como material base‐

matriz. Las masas establecidas en cada tolva se prepararon para obtener un

composite que tuviera un 15% en peso de fibra de platanera en todas las variedades

incluidas en este estudio (fibra sin tratar para obtener el material PP‐PPMA‐F, fibra

tratada con NaOH 1N para obtener la granza PP‐PPMA‐FB y por último la fibra

tratada con NaOH 1N y anhídrido maleico, obteniendo la granza PP‐PPMA‐FA.

El material, una vez pasó a través del husillo, se obtuvo, por la boquilla de la

extrusora, en forma de hilo de diámetro variable entre 3 y 5 mm. Tras ser enfriado se

cortó el mismo a una longitud de 3 mm obteniéndose la granza. La temperatura de

operación en la extrusora fue de 180ºC siendo la velocidad de giro del husillo de 30

rpm (ver Figura IV.5).

Las cantidades de granza obtenidas para cada uno de los tipos de composites fueron

las siguientes:

Tabla IV. 4: Pesos de granza obtenidos.

Granza con Fibra/Tratamiento

Peso Total ( g)

PP‐PPMA‐F 4800 PP‐PPMA‐FA 2750 PP‐PPMA‐FB 3350

Tolva

dosificadora

Husillo Boquilla

Detalle de

la Boquilla


IV‐7

Figura IV.5: Enfriamiento en agua del hilo‐composite extrusionado.

Cabe resaltar que hubo una pérdida de material, no contemplada en la tabla anterior,

debida a la fase de pruebas y puesta a punto del proceso de extrusión.

Uno de los materiales también extrusionados fue el PP‐PPMA sin fibra. La cantidad

de este material no está tabulada ya que no dependía de la cantidad de fibra

obtenida.

ANÁLISIS DE LA GRANZA

La granza con fibra presentó una porosidad que era fácilmente identificable. Esta

porosidad junto con el hecho de insertar fibra en la matriz condujo a que la densidad

aparente de la misma fuese bastante menor que la de la granza de PP sin refuerzo

empleada. En la hoja de especificaciones correspondientes al PP se indica que la

densidad de este material es de 0,91 g/cm3. Se realizaron ensayos de medidas de la

densidad del composite obteniéndose valores en torno a 0,55 g/cm3.

Figura IV.6 Granza de composite con fibra incorporada.

Depósito de

enfriamiento



IV‐8

Figura IV.7 Granza de PP+PPMA.

Con las cantidades de materiales anteriormente expuestas en la Tabla IV.4 se

hicieron ensayos en reómetro capilar para obtener sus características reológicas.

También se realizaron ensayos de inyección sobre molde espiral y sobre un molde

para obtener probetas de ensayo, con el propósito de evaluar la procesabilidad del

material y sus propiedades mecánicas básicas.

IV.2. CARACTERIZACIÓN REOLÓGICA

La reología es la ciencia que estudia el flujo y la deformación de un material. Para un

mejor conocimiento de esta ciencia, se hace imprescindible definir el concepto de

viscosidad. Esta se define, como la resistencia que opone un fluido a fluir o

derramarse por el interior de un conducto. Para tener conocimiento de los valores de

la viscosidad es necesario conocer el esfuerzo cortante al que se somete un fluido. La

mecánica de fluidos es la materia que se encarga de analizar el comportamiento de

los fluidos cuando estos están sometidos a la acción de fuerzas aplicadas. Sin

embargo, el estudio del comportamiento viscoso de los fluidos pertenece al campo

de la reología.

El comportamiento viscoso del material aporta información válida, puesto que

cuando se produce la transformación de éste a piezas conformadas, sucede algo

análogo a lo que ocurre en la mecánica de fluidos. Hay que pensar que el material es

obligado a fluir por cavidades de sección muy pequeñas y la forma de valorar su

respuesta es estudiar su comportamiento viscoso. Esto se traduce, en conocer los


IV‐9

conceptos de esfuerzo y deformación para los fluidos viscosos. En la figura IV.8 se

muestra una situación de flujo cortante simple. Aquí se presenta un líquido entre dos

placas separadas una distancia L. La placa superior se mueve a una velocidad

constante v debido a la acción de una fuerza F.

Figura IV.8 Diagrama de un fluido en flujo cortante simple [1].

En este caso, el esfuerzo de corte τ que ejerce la placa superior al líquido está

definido por:

Ecuación IV.1

Donde A es el área de la placa superior en la cual se aplica la fuerza. Las unidades del

esfuerzo en el Sistema Internacional (SI) son los Pascales (Pa). Asimismo, la

deformación que se genera en el fluido está expresada por:

Ecuación IV.2

Donde x es el desplazamiento del material y L es el espaciamiento entre la placa

superior y la inferior. Este caso es idéntico a la deformación elástica por corte que

sufre un material sólido, en cuyo caso, la deformación es finita y se mantiene

constante hasta que se retira la fuerza o equivalentemente el esfuerzo. Sin embargo,

para los fluidos no ocurre así, ya que esta deformación se incrementa

paulatinamente hasta que se elimina la fuerza. Por ello, en los fluidos, es más útil el

concepto de rapidez de deformación, que representa a la variación de la deformación

respecto del tiempo. Es decir:

Ecuación IV.3

Si la distancia L se mantiene constante, se tiene:

Ecuación IV.4



IV‐10

Donde ν es la velocidad de la placa superior.

En los sólidos, el módulo de corte es una propiedad característica del material que

representa la resistencia a ser deformado y se expresa como la razón entre el

esfuerzo de corte y la deformación unitaria. Para los fluidos, de manera similar, existe

una propiedad característica que representa la resistencia a fluir, esta propiedad es la

viscosidad η y se define como la razón entre el esfuerzo de corte y la rapidez de

deformación, es decir:

Ecuación IV.5

Así, para conocer el comportamiento viscoso de un líquido es necesario determinar

el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación. Estas cantidades dependen del área

de contacto, de la fuerza necesaria para mover la placa superior a una velocidad

constante “v” y del espaciamiento entre las placas. En este análisis se considera que

se mantienen las mismas condiciones termodinámicas de presión, volumen y

temperatura.

Rapidez de la deformación (s‐1)

Figura IV.9. Representación de curvas de flujo para diferentes fluidos. 1) Fluido newtoniano, 2)

Fluido no newtoniano adelgazante, 3) Fluido no newtoniano dilatante, 4) Fluido de Bingham.

La Figura IV.9 presenta las curvas de flujo típicas que permiten mostrar algunas

diferencias entre los fluidos newtonianos y los no newtonianos. Hay que destacar

que la pendiente de estas curvas representa el comportamiento viscoso en función

de la rapidez de deformación. Por ejemplo, para el caso del fluido newtoniano es

Fluido Newtoniano

Fluido Bingham

Fluido Dilatante

Fluido Adelgazante

Esfuerzo Cortante η

(Pa.s)


IV‐11

evidente que la viscosidad es constante e independiente de la rapidez de

deformación. Sin embargo, para el fluido no newtoniano adelgazante (también

conocido como pseudoplástico), la viscosidad (la pendiente de la curva) disminuye al

incrementarse la rapidez de deformación. El caso contrario se presenta en el fluido

dilatante, cuya viscosidad se incrementa al aumentar la rapidez de deformación. Un

comportamiento más real viene definido por el modelo de fluido de Bingham. Este

modelo recoge la necesidad de la aplicación de un esfuerzo crítico, denominado

umbral, para que el material polimérico empiece a fluir a través de las boquillas de

las inyectoras o de los reómetros. Por este motivo los fluidos poliméricos se

consideran no newtonianos aunque una vez superado este esfuerzo umbral, pudiera

seguir un comportamiento que podría ser pseudoplástico, dilatante o newtoniano. En

la mayor parte de los casos será pseudoplástico.

FLUIDOS NEWTONIANOS

En el caso en el que la relación entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación

sea lineal, se dice que el fluido tiene comportamiento newtoniano, en cualquier otro

caso se dice que el fluido es no newtoniano. A la relación matemática que existe

entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación se le denomina ecuación

constitutiva. Por lo tanto, la ecuación constitutiva para el fluido newtoniano está

expresada por:

Ecuación IV.6

Al sustituir esta ecuación constitutiva en la ecuación de viscosidad (ecuación IV.5), se

obtiene que la viscosidad η es una constante igual a μ, por lo que, cuando se habla de

la viscosidad μ (lo cual ocurre comúnmente en los textos de hidrodinámica) se está

haciendo referencia a un fluido newtoniano.

FLUIDOS NO NEWTONIANOS

Para fluidos no newtonianos, por ejemplo el adelgazante o el dilatante que se

representan en la Figura IV.5, la ecuación constitutiva que los describe es el modelo

de ley de potencia, expresado por la siguiente ecuación:

Ecuación IV.7

Donde k es el índice de consistencia y n el índice de comportamiento del flujo, ambos

valores constantes. Cuando n<1 este modelo corresponde a fluidos adelgazantes,



IV‐12

mientras que si n>1 este modelo se refiere a los fluidos dilatantes. El

comportamiento de fluidos de soluciones poliméricas, como por ejemplo, en el caso

de algunas pinturas, suspensiones y polímeros fundidos, puede ser representado por

este modelo. Por ello es muy útil en la industria ya que se emplea para modificar las

variables de procesamiento.

Al sustituir el modelo de ley de potencia en la definición de viscosidad (Ecuación

IV.7), se obtiene que ésta depende, explícitamente, de la rapidez de deformación de

la manera siguiente:

Ecuación IV.8

En este caso, la viscosidad disminuye o aumenta en función de la rapidez de

deformación dependiendo de si el fluido es adelgazante o dilatante. Existen otras

ecuaciones constitutivas como la que describe a un fluido de Bingham (curva 4 en

Figura IV.5), la cual está dada por la siguiente expresión:

Ecuación IV.9

En este caso, representa un esfuerzo de umbral crítico para que el fluido empiece

a fluir. Una vez iniciado el flujo, el comportamiento corresponderá atendiendo a la

variación de la viscosidad con la tensión de corte. Si fuera lineal, se estaría hablando

de un fluido con comportamiento newtoniano, y en caso de que no fuera lineal,

comportamiento no newtoniano (pseudoplástico o dilatante).

El comportamiento viscoso de los fluidos no newtonianos es mucho más complejo de

lo que se ha descrito hasta ahora. Por ejemplo, se pueden encontrar fluidos cuya

viscosidad a valores de rapidez de deformación relativamente bajas (en algunos

casos ≤ 1), puede considerarse constante e independiente de la rapidez de

deformación, es decir, muestra un comportamiento newtoniano. Para valores de

rapidez de corte intermedios ≥ 1, presentan un comportamiento altamente no

newtoniano caracterizado por el modelo de ley de potencias (o algún otro modelo).

Para valores de rapidez de deformación relativamente altos (1<< ), el

comportamiento vuelve a ser newtoniano. La mayoría de los polímeros fundidos

tienen comportamiento pseudoplásticos, es decir su viscosidad disminuye con el

aumento de temperatura y velocidad de cizalla.

La mayoría de los polímeros fundidos tienen comportamiento de pseudoplásticos, es

decir su viscosidad disminuye con el aumento de temperatura y velocidad de cizalla.


IV‐13

Además de la temperatura y velocidad de cizalla hay otros parámetros que afectan a

la viscosidad de un polímero como son el peso molecular, distribución de pesos

moleculares y estructura.

Estudiando la relación entre la viscosidad y la velocidad de cizalla de los materiales

ensayados se puede decir, de modo general, que a baja velocidad de cizalla, la curva

de viscosidad del sistema está determinada por los movimientos correspondientes al

estado térmico. En esta zona es donde se obtienen los mayores valores de

viscosidad.

Conforme aumenta la velocidad de cizalla se produce el fenómeno de

desenmarañamiento, es decir, la fricción entre las moléculas es cada vez menor y

disminuye la viscosidad de manera progresiva. Esta zona, donde la viscosidad es

dependiente de la cizalla, es la más importante de la curva de flujo ya que la mayor

parte de los procesos de transformación de plásticos trabajan con velocidades de

cizalla dentro de este rango.

Por otro lado, la caracterización reológica empleada presupone que a lo largo del

flujo de material en estado fundido, existen propiedades como la continuidad, la

homogeneidad y la isotropía. El principio de continuidad supone que no existe ningún

tipo de discontinuidad a lo largo del flujo; el de homogeneidad indica que no debe

existir ningún gradiente de concentración de materia a lo largo del flujo, y la isotropía

implica que el flujo general no impone ningún tipo de orientación sobre el flujo de

cada uno de los elementos que lo forman. Lógicamente, en el sistema multifásico

formado por una mezcla de PP‐PPMA y fibra de platanera no se cumplen las premisas

anteriores.

La determinación de la viscosidad para materiales plásticos se realiza en los equipos

denominados reómetros. En el presente estudio se ha hecho uso de reómetro

capilar. A continuación se explicará los contenidos teóricos para la determinación del

ensayo.

IV.2.1 REÓMETRO CAPILAR

El ensayo consiste en hacer pasar a lo largo de un capilar, del que se conoce su

diámetro y longitud, una cantidad de material fundido a una temperatura controlada.

El material es presionado con un pistón ejerciendo una fuerza determinada con el fin

de provocar una velocidad de flujo de plástico fundido a través del capilar. El ensayo



IV‐14

se realiza a varias temperaturas y con distintas velocidades de flujo, con el fin de

obtener las curvas reológicas.

(a)

(b)

Figura IV.10: a) Esquema de un reómetro y b) Reómetro capilar GOTTFERT 1500.

El reómetro utilizado es de marca GOTTFERT 1500. El funcionamiento del equipo

consiste en introducir el material en la cámara de plastificación donde alcanza la

temperatura de fusión del polímero, por calentamiento con resistencias eléctricas, y

cuyo valor de temperatura es mantenida durante del ensayo. Seguidamente un

pistón se encarga de realizar presión en la cámara induciendo el flujo del plástico

fundido a través del capilar.

Pistón

Calentador

Cilindro

Hilera


IV‐15

Antes de realizar el ensayo se introducen los parámetros de control a los que se va a

realizar el mismo (temperatura y velocidad de avance del pistón). Una vez realizado

el ensayo y con los datos de caída de presión obtenidos se procede al cálculo de la

velocidad de cizalla ( ; tensión cortante (τ), y la viscosidad aparente (η) del

fundido según las ecuaciones que se muestran a continuación.

FÓRMULAS DE OBTENCIÓN DE LA VISCOSIDAD

Las fórmulas que se utilizan para la determinación de la viscosidad son las que se

detallan a continuación:

En los cálculos no se contemplan las correcciones de Bagley y de Rabinowistch. Estas

correcciones permitirían obtener valores más precisos de la viscosidad aparente.

Realmente el flujo del plástico en el interior del capilar no es constante debido a los

cambios de sección que existen a la entrada y salida del capilar que generan

variaciones de presión (Corrección de Bagley) y la corrección debida al ajuste del

perfil de avance del fluido a un perfil más plano que el teórico, que es parabólico.

La razón por la que no consideran estás correcciones es debido al enfoque de la tesis

en la que se establecen comparaciones de los distintos materiales en igualdad de

condiciones. Por lo que se considera adecuado el empleo del modelo de segundo

orden sin las correcciones.

MODELOS MATEMÁTICOS.

Para la modelización del comportamiento viscoso de los plásticos, existen distintas

ecuaciones matemáticas que ajustan los resultados experimentales. El modelo más

simple es el exponencial, que viene representado por la siguiente ecuación

matemática:

Ecuación: IV.10

Viscosidad

τ = esfuerzo cortante

= Velocidad de cizalla

Velocidad de cizalla

Q= Caudal

r = Radio del capilar

Caudal

V= Velocidad de flujo impuesta

R= Radio del cilindro

Esfuerzo cortante

F= Fuerza aplicada sobre el capilar

S= superficie lateral del capilar



IV‐16

Donde T es la temperatura y A, B y C son constantes intrínsecas del material a

estudiar.

Este modelo caracteriza el polímero en zonas de shear rate altos, pero no considera

los efectos de la presión.

También es de aplicación la expresión polinomial denominada modelo de segundo

orden y que viene expresada por:

Ecuación IV.11

Donde A, B, C,D, E, F son también constantes intrínsecas del material obtenidas por

ajuste matemático.

IV.2.2 DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO RELOLÓGICO

El procedimiento de trabajo llevado a cabo con el reómetro capilar constó de las

siguientes partes:

1.‐ Secado del material: El material fue secado al someterlo a una temperatura de

45ºC durante un periodo de 2 horas. Con esto se trataba de evitar que se produjera

vapor de agua durante el proceso de plastificación y originara el falseamiento de los

resultados.

2.‐ Condiciones del ensayo: A todos los materiales en estudio se les aplicó el mismo

procedimiento de trabajo. Se introdujeron los siguientes parámetros en el panel de

control del equipo.

‐Temperaturas de ensayo: Se realizaron tríadas de las temperaturas de 190, 200,

210ºC. No se ensayaron temperaturas más altas por la posible degradación térmica

de la fibra en el composite. La degradación térmica de la fibra fue estudiada en el

capítulo III determinándose que este valor estaba comprendido entre 250 y 330ºC.

‐ Tiempo de retardo: El tiempo establecido desde que el sensor alcanza la

temperatura de consigna hasta que se realiza el ensayo fue de 2 minutos. Este

tiempo permitió que todas las partículas de la muestra estuvieran completamente

fundidas y a la misma temperatura, salvo las fibras añadidas al composite.

‐ Velocidades de paso del pistón: Las velocidades de avance del pistón se

establecieron de forma variable en el tiempo. Los valores programados fueron:

0,075; 0,100; 0,250; 0,500; 0,750; 1,000; 1,500; 2,000 y 3,000 mm/s.


IV‐17

‐ Cantidad de material. La cantidad de granza dosificada al reómetro varió entre 19‐

20 g. El material fue introducido poco a poco, presionando y compactando bien las

partículas de material con el objeto de que hubiera la menor cantidad de aire

posible. Esta tarea fue importante realizarla para poder obtener valores de viscosidad

a todas las velocidades programadas.

3.‐ Realización del ensayo. En el ensayo se obtuvieron datos de caída de presión, que

junto con las variables impuestas, permitieron calcular los valores de la velocidad de

cizalla (ϒ), tensión cortante (τ) y viscosidad aparente (ƞ) según las expresiones

recogidas en el apartado 4.2.1 de este capítulo. Los datos así obtenidos fueron

tratados mediante un programa informático denominado VISDAT. Este es un

programa que a partir de triadas de valores; temperatura, shear rate o velocidad de

cizalla y viscosidad, calcula los valores de las constantes del modelo matemático de

2º orden que cumplen con los valores introducidos. Es decir, a partir de los valores de

viscosidad calculada, mediante el VISDAT, se obtuvo la ecuación del modelo viscoso

equivalente que representa al material.

IV.2.3 RESULTADOS OBTENIDOS

El reómetro capilar aporta los valores de shear rate ϒ y viscosidad η. En el anexo del

tema se encuentran graficados los datos obtenidos en cada uno de los ensayos. De

ellos se escogieron aquel par de valores (ϒ, η) que son representativos para

utilizarlos en la obtención de las ecuaciones del modelo de 2º orden. Estos datos, son

los representados en el presente apartado.

ANÁLISIS DE LOS DATOS.

A continuación se describen los resultados obtenidos del reómetro capilar para cada

uno de los materiales del estudio:

PP‐PPMA

Para el PP‐PPMA a 190ºC, se obtuvieron cinco parejas de datos, procediéndose a su

representación en la figura VI.11 a partir de los datos recogidos en la tabla VI.1 A del

anexo del tema. Se observó una variabilidad muy alta que pudiera ser atribuible a

problemas en la preparación de las muestras, o bien, a la variabilidad debida al

efecto de la baja temperatura del ensayo. Tras el análisis de los datos se toman como



IV‐18

los más representativos, los datos obtenidos de los ensayos a y e. Estos datos fueron

los tomados para el desarrollo del modelo de 2º orden.

Figura IV.11: Valores de de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA a 190ºC.

Realizando los ensayos a las temperaturas de 200ºC y 210ºC (Tablas VI.2A y VI.3A del

anexo), se obtuvieron las series graficadas representadas a continuación, figuras

IV.11 y IV.12.

Para el cálculo del modelo de segundo orden se tomaron para 200ºC la serie a y la

serie b para la temperatura de 210ºC.

Figura IV.12: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA a 200ºC.


IV‐19

Figura IV.13: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 210ªC.

A continuación se presenta una tabla resumen (Tabla IV.5) y su representación

gráfica (figura IV.14) donde se refleja una comparativa entre los valores de viscosidad

medida (en el reómetro) y la corregida (por el modelo de 2º orden). Estos valores son

obtenidos a partir de los ensayos considerados como representativos de cada una de

las temperaturas.

Figura IV.14: Representación gráfica de los valores de viscosidad obtenidos con el modelo de

2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA.



IV‐20

Tabla IV. 5: Comparativa entre los valores de viscosidad medida y calculada con el modelo de

2º orden de los ensayos a 190ºC, 200ºC y 210ºC del PP‐PPMA.

Puntos T (ºC) V (mm/s) ηap (1/s) ηap medida (Pa∙s) ηap calculada (Pa∙s) Error (%)

M1P01 0,075 114 339 406,52 16,609 M1P02 0,1 466 213 165,79 ‐28,477 M1P03 0,25 850 113 110,69 ‐2,085 M1P04 0,5 1202 81 87,19 7,103 M1P05 0,75 1583 69 71,92 4,058 M1P06 1 2725 48 48,81 1,65 M1P07 1,5 3782 36 38,43 6,327 M1P08 2 4734 34 32,56 ‐4,427 M1P09

190

3 6312 28 26,26 ‐6,633 M1P10 0,075 95 387 305,75 ‐26,573 M1P11 0,1 192 184 210,46 12,572 M1P12 0,25 379 141 144,3 2,286 M1P13 0,5 748 98 97,36 ‐0,655 M1P14 0,75 1146 76 75,44 ‐0,746 M1P15 1 1605 61 61,4 0,648 M1P16 1,5 2341 49 48,52 ‐0,997 M1P17 2 3375 38 38,43 1,13 M1P18

200

3 5184 29 29,07 0,239 M1P19 4 7153 23 23,48 2,027 M1P20 5 8941 19 20,2 5,946 M1P21 0,075 89 217 216,92 ‐0,038 M1P22 0,1 137 165 179,71 8,186 M1P23 0,25 343 123 117,85 ‐4,373 M1P24 0,5 715 85 82,31 ‐3,271 M1P25 0,75 1140 64 64,89 1,376 M1P26 1 1581 52 54,68 4,906 M1P27 1,5 2315 42 44,58 5,781 M1P28 2 2653 41 41,39 0,934 M1P29 3 4106 36 32,48 ‐10,838 M1P30 4 6490 26 25,01 ‐3,941 M1P31

210

5 8113 22 21,97 ‐0,159

En la Figura IV.14 se observa el efecto de la temperatura sobre los valores de

viscosidad a velocidades de cizalla bajas. A medida que aumenta ésta y por su efecto,

se produce el desenmarañamiento de las moléculas y como consecuencia una

disminución en la viscosidad, quedando especificado dicho efecto.

Las constantes del modelo de 2º orden para este material (PP‐PPMA) obtenidas

mediante el programa VISDAT para el PP‐PPMA se expresan a continuación:

Tabla IV. 6. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA.

A B C D E F

28,296 ‐2,1105 ‐0,12751 ‐174,6e‐4 875,5 e‐5 123,2 e‐6


IV‐21

PP‐PPMA‐F

El PP‐PPMA‐F a 190ºC (Tabla IV.5A anexo del tema), se grafican tres series de datos

siendo la más representativa el ensayo b, ya que la a y c, aun siendo similares, los

datos resultan bajos para la temperatura del ensayo. Las tres series convergen para

velocidades de cizalla altas Figura IV.15.

Figura IV.15: Valores de viscosidad frente a shear rate del PP‐PPMA‐F a 190ºC.

A 200ºC los datos recogidos en las tablas IV.6A del anexo, tienen un comportamiento

similar en todas las series, considerando la más representativa la serie b por su

posición intermedia y comportamiento regular, Figura IV.16.

Figura IV.16: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐F a 200ºC.

De los datos obtenidos a 210ºC (Tabla IV.7A del anexo del tema) se concluyen que las

dos series presentan comportamientos muy iguales. Se ha tomado la serie b, Figura



IV‐22

VI.17, como datos para el análisis del modelo de 2º orden, puesto que ésta posee

mayor número de datos a velocidades mayores. En la Tabla IV.7 y Figura IV.18 se

recogen y representan los valores de la viscosidad corregida del material PP‐PPMA‐F

a las temperaturas ensayadas.

Figura IV.17 Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐F a 210ºC.


2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐F.


M2P01 0,075 88 372 332,97 ‐11,72

M2P02 0,1 157 256 247,69 ‐3,356

M2P03 0,25 385 160 153,09 ‐4,511

M2P04 0,5 790 104 102,07 ‐1,89

M2P05 0,75 1263 75 77,6 3,345

M2P06 1 1695 62 65,09 4,747

M2P07 1,5 2368 51 53,11 3,981

M2P08 2 3268 42 43,51 3,466

M2P09 3 4662 34 34,77 2,22

M2P10 4 6445 28 28,24 0,848

M2P11

190

5 8057 24 24,42 1,7

M2P12 0,075 89 207 231,48 10,576

M2P13 0,1 130 170 196,51 13,492

M2P14 0.,5 341 128 126,7 ‐1,028

M2P15 0,5 723 86 88,03 2,307

M2P16 0,75 1116 67 70,71 5,245

M2P17 1 1470 58 61,32 5,419

M2P18

200

1,5 2050 51 51,46 0,892


IV‐23


M2P19 2 4914 47 31,87 ‐47,46

M2P20 0,075 87 166 165,16 ‐0,507

M2P21 0,1 127 147 144,38 ‐1,815

M2P22 0,25 333 113 100,25 ‐12,723

M2P23 0,5 684 81 74,77 ‐8,326

M2P24

210

0,75 1063 65 61,94 ‐4,939

M2P25 1 1515 52 52,99 1,861

M2P26 1,5 2215 43 44,61 3,601

M2P27 2 2978 37 38,87 4,818

M2P28 3 4386 30 32,32 7,191

M2P29 4 5582 27 28,74 6,059

M2P30

5 6977 25 25,74 2,859


2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA‐F.

Las constantes obtenidas mediante VISDAT para el PP‐PPMA‐F son:

Tabla IV. 8. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA.

A B C D E F

23,337 1,7902 ‐9,40231e‐2 1,709646e‐2 7,58967e‐3 6,1962e‐5

PP‐PPMA‐FA

Para 190ºC (Tabla IV.9A) las tres series convergen en su comportamiento a partir de

los 400 s‐1, siendo la más representativa la serie b, como se observa en la Figura

IV.19.



IV‐24

Figura IV.19: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐FA a 190ºC.

Para el caso de 200ºC (Tabla IV.10A) las tres series son prácticamente idénticas, pero

se considera los valores de la serie c para el desarrollo del modelo de 2º orden

(Figura IV.20).


Para 210ºC (Tabla IV.11A) se grafican tres series de valores, siendo los tres muy

similares. Se toman como valores válidos para la realización del modelo de 2º orden

los datos de la seria a (Figura IV.21).


IV‐25


Con respecto a la comparación de los modelos de 2º orden para este material (Tabla

IV.9 y su representación gráfica, figura IV.22), se observa que la influencia de la

temperatura es mucho menor que en los casos anteriores (PP‐PPMA y PP‐PPMA‐F),

posiblemente porque el comportamiento de la viscosidad esté dominado por la

presencia de AM en la fibra que ha vuelto este material menos viscoso.


2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐FA.


M4E2P01 0,075 90 432 416,07 ‐3,83

M4E2P02 0,1 163 273 295,06 7,476

M4E2P03 0,25 392 174 173,81 ‐0,108

M4E2P04 0,5 798 112 111,11 ‐0,802

M4E2P05 0,75 1231 84 83,88 ‐0,14

M4E2P06 1 1700 67 67,76 1,127

M4E2P07 1,5 2453 54 52,95 ‐1,975

M4E2P08 2 3549 42 41,12 ‐2,138

M4E2P09

190

3 5323 31 30,99 ‐0,027

M4E2P10 0,075 89 360 338,22 ‐6,439

M4E2P11 0,1 155 240 250,14 4,052

M4E2P12 0,25 384 155 149,4 ‐3,751

M4E2P13 0,5 787 99 97,47 ‐1,569

M4E2P14 0,75 1231 74 74,04 0,06

M4E2P15

200

1 1730 58 59,81 3,02



IV‐26


M4E2P16 1,5 2480 47 47,51 1,071

M4E2P17 2 3437 37 38,42 3,697

M4E2P18 3 4975 30 30,08 0,25

M4E2P19 4 6633 25 24,78 ‐0,882

M4E2P20 0,075 88 247 253,02 2,38

M4E2P21 0,1 141 189 199,11 5,078

M4E2P22 0,25 362 128 120,6 ‐6,138

M4E2P23 0,5 753 84 80,04 ‐4,941

M4E2P24 0,75 1203 62 61,01 ‐1,621

M4E2P25 1 1704 48 49,63 3,279

M4E2P26 1,5 2447 39 39,87 2,182

M4E2P27 2 3290 32 33,23 3,687

M4E2P28

210

3 4664 27 26,7 ‐1,127

M4E2P29 4 6218 23 22,23 ‐3,468


2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA‐FA.

Las constantes correspondientes al PP‐PPMA‐FA son las siguientes:

Tabla IV. 10. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA‐FA.

A B C D E F

5,3920 0,27793 2,44029e‐2 ‐4,11839e‐2 1,62717e‐3 ‐1,07695e‐5


IV‐27

PP‐PPMA‐FB

Según los resultados, este material es el más homogéneo de los materiales por la

repetibilidad obtenida para las tres temperaturas ensayadas. Para 190ºC (Tabla

IV.13A), las tres series son casi idénticas y se consideró la serie a para la

representación del modelo de 2º orden (Figura IV.23).

Figura IV.23: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐FB a 190ºC.

Para 200 ºC (Tabla IV.14A) y 210 ºC (Tabla IV.15A) las series son prácticamente

idénticas. Su representación queda recogidas en las Figuras IV.24 y IV.25.




IV‐28


Respecto a la comparación de los modelos de 2º orden para este material (Tabla

IV.11 y Figura IV.26), se observa el efecto de la temperatura al igual que en los

materiales anteriormente estudiados, aunque se aprecia en menor medida que en

ellos.


2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐FB.

Puntos T (ºC) V (mm/s) ηap (1/s) ηap medida

(Pa∙s) ηap calculada

(Pa∙s) Error (%)

M3P01 0,075 88 260 233,93 ‐11,144

M3P02 0,1 147 190 194,61 2,368

M3P03 0,25 356 130 134,67 3,466

M3P04 0,5 706 93 96,89 4,014

M3P05 0,75 1066 76 78,01 2,574

M3P06 1 1528 61 63,81 4,409

M3P07 1,5 2249 49 50,83 3,597

M3P08 2 3027 42 42,32 0,753

M3P09 3 4677 33 31,94 ‐3,327

M3P10 4 6538 26 25,44 ‐2,187

M3P11

190

5 8172 23 21,76 ‐5,712

M3P12 0,075 86 206 212,57 3,09

M3P13 0,1 131 183 184,48 0,804

M3P14 0,25 340 132 126,77 ‐4,122

M3P15 0,5 700 94 90,79 ‐3,538

M3P16 0,75 1107 72 71,83 ‐0,234

M3P17 1 1537 59 60,1 1,83

M3P18 1,5 2312 47 47,55 1,157

M3P19 2 3206 38 39,03 2,64

M3P20 3 4632 31 30,93 ‐0,242

M3P21

200

4 6177 26 25,58 ‐1,653


IV‐29

Puntos T (ºC) V (mm/s) ηap (1/s) ηap medida

(Pa∙s) ηap calculada

(Pa∙s) Error (%)

M3P22 0,075 86 177 187,58 5,642

M3P23 0,1 127 159 165,64 4,007

M3P24 0,25 328 123 116,12 ‐5,923

M3P25 0,5 676 91 84,28 ‐7,973

M3P26 0,75 1096 70 66,42 ‐5,391

M3P27 1 1568 55 54,99 ‐0,026

M3P28 1,5 2276 45 44,67 ‐0,739

M3P29 2 3316 35 35,8 2,225

M3P30 3 4974 27 27,83 2,991

M3P31

210

4 6632 22 23,09 4,724

M3P32 5 8290 20 19,88 ‐0,587

Figura IV.26 : Representación gráfica de los valores de viscosidad obtenidos con el modelo de

2º orden a 190ºC, 200 ºCy 210ºC para el PP‐PPMA‐FB.

Las constantes para el PP‐PPMA‐FB son las siguientes:

Tabla IV. 12: Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA‐FB.

A B C D E F

0,46351 ‐1,0611 0,12415 ‐1,66179e‐2 3,37825e‐3 ‐4,11963e‐5

COMPARATIVA ENTRE MATERIALES

Para los cuatro materiales se considera, como era de esperar, que el valor de la

viscosidad disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esa variación es



IV‐30

apreciable en todos los materiales estudiados, haciéndose menos patente en el

material PP‐PPMA‐FA.

También se aprecia que la discrepancia de los valores no es uniforme, y que esta

varía dependiendo de los rangos de velocidad. Para bajos valores de cizalla, la

variación es evidente, y para rangos de shear rate altos la disparidad es cada vez más

pequeña, incluso imperceptible para valores de shear rate cercanos a 10000 s‐1.

En la Figura IV.27 que a continuación se presenta, se grafican las curvas en las que se

comparan los distintos materiales ensayados a la temperatura programada de 190ºC.


2º orden a 190ºC para todos los materiales.

En concreto llama la atención que el material sin refuerzo tenga una viscosidad a

190ºC mayor que cualquiera de los otros materiales. De forma general, los materiales

reforzados presentan un aumento en la viscosidad, cosa que no ocurre en este caso.

Ello lleva a pensar que los valores de viscosidad de los materiales reforzados

ensayados están siendo bajos por alguna razón. Esto puede ser debido a la porosidad

importante que presenta la granza generada, que está provocando atrapamientos de

aire durante el ensayo. El material con el tratamiento A es el menos viscoso, siendo

el material B de viscosidad similar al material sin reforzar. El material reforzado con la

fibra sin tratar se sitúa en la posición intermedia. Para velocidades de cizalla altas las

diferencias entre los distintos materiales prácticamente desaparecen.

En la figura IV.28 se representan los valores de la viscosidad corregida a 200ºC para

todos los materiales.


IV‐31



A 200ºC hay que destacar que el material con fibra sin tratar se comporta igual que el

material con el tratamiento A, el menos viscoso. Los otros dos materiales mantienen

un comportamiento muy similar entre ellos. También estas diferencias desaparecen

para velocidades de cizalla elevadas.

En la Figura IV.29 se representan los valores de la viscosidad corregida a 210ºC para

todos los materiales.





IV‐32

A 210 ºC las diferencias entre los materiales son menos acentuadas, aunque parece

que se mantiene la tendencia de reducción de viscosidad del material reforzado con

fibra sin tratar.

IV.3. OBTENCIÓN DEL COMPORTAMIENTO VISCOSO CON MOLDE EN

ESPIRAL

Uno de los objetivos de la presente tesis, como ya se mencionó, es analizar el

comportamiento que los materiales estudiados tienen en los procesos de inyección.

Estos composites pueden considerarse como materiales que podrían generar

condiciones de inyección no convencionales, al ser mezclas de sustancias no

uniformes. Esto supone que la obtención de un modelo viscoso que caracterice

reológicamente las condiciones de transformación reales requiere un trabajo más

complejo.

Una de las formas de analizar el comportamiento viscoso del material en el proceso

de inyección es realizarlo en el mismo proceso. Es decir, fundir y plastificar el

material en una unidad de inyección e inyectar el material en un molde. El análisis y

estudio que se realizó en este trabajo de investigación se llevó a cabo en un molde

con forma de espiral. Dicho molde, fabricado y desarrollado por el TIIP (Taller de

Inyección de la Industria de los Plásticos) de la Universidad de Zaragoza, está abierto

por uno de los extremos de la espiral. Esto permite que el material fluya libremente y

su alcance esté en función de las condiciones de inyección y, por supuesto, de la

viscosidad del material.

Obviamente el modelo viscoso que se obtiene se asemejará al comportamiento

viscoso real del material cuando sea sometido a transformaciones en los moldes de

inyección, puesto que las condiciones del ensayo en el molde en espiral son

extrapolables a condiciones del proceso industrial de inyección.

IV.3.1 MOLDE EN ESPIRAL.

Esta herramienta permite evaluar la procesabilidad de materiales en diferentes

condiciones de inyección. Para ello se va a emplear la metodología de caracterización

desarrollada por el TIIP de la Universidad de Zaragoza, que permite obtener de forma


IV‐33

sencilla y económica, y mediante un proceso de inyección del material en un molde,

la caracterización de termoplásticos en condiciones reales del proceso.

La inyección del material en el molde en espiral nos determina la longitud de la

espiral de material, obtenida bajo los parámetros definidos de: capacidad del molde

y condiciones de presión y temperatura de trabajo. Además la medida de la caída de

presión en dos puntos específicos del molde aporta información para la

determinación del comportamiento viscoso. Siendo éste el objetivo principal con el

que realizar el análisis de la influencia de diferentes parámetros del proceso. La

aplicación de esta metodología requiere la realización de las etapas representadas en

la Figura IV.30.

Figura IV.30: Etapas del desarrollo del modelo reológico con molde en espiral.



IV‐34

GEOMETRÍA DEL MOLDE EN ESPIRAL E INSTRUMENTACIÓN AUXILIAR.

GEOMETRÍA DEL MOLDE

La geometría del molde espiral consiste en una placa de 250 x 250 mm en donde

tiene labrada una sección de paso constante que permite medir la diferencia de

presión entre dos puntos. Para medir esta diferencia de presión el molde tiene

labrados unos huecos en puntos concretos que permiten el alojamiento de unos

sensores de presión. La huella del molde consiste en una espiral de Arquímedes con

3,75 vueltas, su sección de paso es de 20 mm de ancho por 2 mm de espesor y 84

mm de longitud entre transductores, para la medida de presión. Sobre la placa fija

hay grabada una escala en centímetros que queda marcada sobre la superficie de la

pieza inyectada y que permite medir fácilmente la longitud de las espirales. Se trata

de un molde abierto que no tiene limitado el volumen de material, y que si éste

excede la longitud total del molde puede salir por una abertura lateral. Por tal

motivo, en su uso se corta el llenado mediante un límite de presión alcanzado en la

unidad de inyección.

Figura IV.31: Geometria del molde en espiral.

INSTRUMENTACIÓN AUXILIAR.

Para llevar a cabo los ensayos a distintas condiciones de inyección, es necesario

utilizar una instrumentación adicional consistente en dos transductores de presión

de la marca Kistler y modelo 6157BB. Estos están colocados en la placa (Figura IV.31)

y coincidentes con la cavidad de la espiral, y aunque se pueden montar hasta 3


IV‐35

sensores, solo fueron utilizados los sensores 1 y 2 representados en la siguiente

imagen:

Figura IV.32: Localización de los transductores en el molde.

Con la información extraída de los registros de presión, se determina la caída de

presión entre ambos transductores, que se considera en condiciones de flujo

isotermo al haber una mínima bajada de temperatura entre ambos puntos. Esta

diferencia térmica entre los dos puntos no puede ser superior a 2ºC, a fin de asegurar

la consideración de régimen isotermo (Figura IV.33).

Figura IV.33: Representación gráfica de la evolución de la medida de presión en los 2

transductores.



IV‐36

CONDICIONES DEL PROCESO.

Los parámetros de inyección fueron fijados previamente con el propósito de obtener

resultados comparativos entre todos los ensayos. Las variables del proceso fijadas en

estos ensayos fueron las siguientes:

Temperatura de inyección.

Velocidad de inyección.

Límite de presión de inyección.

TEMPERATURA DE INYECCIÓN.

El material fue inyectado a cuatro temperaturas diferentes: 190ºC, 200ºC, 210ºC y

240ºC. Las tres primeras temperaturas se establecieron para contemplar las

temperaturas habituales de inyección del PP con refuerzo de fibras naturales, y el

último valor de 240 ºC para evaluar la degradabilidad de estos materiales ensayados

y comprobar la eficacia de los tratamientos aplicados.

VELOCIDAD DE INYECCIÓN

La regulación de la velocidad de inyección tiene lugar mediante la programación de la

velocidad, estableciendo tres límites correspondientes al 25%, 50% y 75% del valor

de velocidad máxima de inyección de la máquina. Con estos porcentajes se buscó

tener un amplio rango de variaciones de velocidad, y así intentar que esta condición

se asemeje a las reales en un futuro proceso industrial al que los materiales puedan

someterse.

Estos límites fueron establecidos de tal modo que representan valores de velocidad

suficientemente adecuados como para que en el recorrido del fluido en el espacio

entre transductores no haya una pérdida de temperatura superior a 2ºC.

PRESIÓN DE INYECCIÓN

Al igual que en el caso de la velocidad, se consideró establecer un límite de presión

correspondiente al 40%, 60% y 80% de la presión máxima de inyección que

corresponde a 1735 bares.


IV‐37

INYECCIÓN EN EL MOLDE EN ESPIRAL.

En el proceso de inyección se llevan a cabo dos fases de forma simultánea: fase de

llenado y fase de enfriamiento.

El flujo de plástico va entrando en el molde, a una velocidad determinada. A medida

que avanza el material, se produce la denominada capa fría sobre las paredes del

molde debido al salto térmico. Esta capa impone una cierta resistencia al paso del

flujo del material, creándose una cavidad con material fundido en su interior. El

plástico, en su avance por el interior del molde, continúa con la misma dinámica de

enfriamiento y creación de la capa fría y del próximo núcleo derretido. Al ser un

molde abierto, no existe etapa de presurización ni fase de compactación puesto que

en el ensayo, no es necesario llenar la cavidad del molde de forma completa. La

metodología aplicada sólo precisa que el flujo llegue a los dos sensores de presión a

las condiciones de proceso especificadas.

La distribución de la temperatura no es completamente uniforme en toda la pieza ya

que hay zonas que solidifican antes que otras quedando la pieza con una mezcla

sólido‐líquido de forma que se asemeja a un delta fluvial. Es precisamente en estas

zonas aún fundidas, por donde se produce el paso del nuevo material. Por estos

canales pasa el material a gran velocidad, generándose, como consecuencia de ello,

un alto grado de orientación y, por tanto, de tensiones en estas zonas.

La óptima calidad de la pieza depende de las tensiones que se crean en esta fase, por

lo que se debe controlar el flujo así como la duración de la fase y la presión de

trabajo. De esta forma, se obtienen valores bajos de tensiones y se evita la formación

de rechupes y marcas superficiales.

La inyección en el molde en espiral se lleva a cabo en una inyectora marca

Mateu&Sole modelo Meteor270/75 (Figura IV.34) disponible en las instalaciones de

TIIP y con las características descritas en la Tabla IV.13.

Tabla IV. 13: Características de la inyectora Mateu&Sole modelo Meteor270/75.

Inyectora Mateu & Sole Meteor 270/55 H

Fuerza de cierre TN 55

Mínimo mm 120 Espesor del molde Máximo mm 300

Cierre

Carrera máxima de apertura mm 350



IV‐38

Mateu & Sole Meteor 270/55 H Inyectora Mateu & Sole Meteor

270/55 H

Dimensiones de los platos H*V mm 525 * 525

Paso entre columnas H*V mm 355 *355

Distancia Máxima entre platos mm 650

Diámetro de las columnas mm 60

Fuerza máxima de expulsión KN 44

Carrera máxima de expulsión mm 130

Diámetro del husillo mm 35

Relación L/D del husillo ‐‐‐ 20,5

Presión máxima de inyección Bar 1735

Volumen teórico de inyección cm3 155

Peso máximo de inyección PS Gr 140

Caudal de inyección cm 3/s 91

Capacidad de plastificación g/s 50

Velocidad regulable del husillo m‐1 216

Par de giro del husillo Nm 696

Zonas de calefacción Nº 4+1

Potencia de calefacción Kw 9,58

Inyección

Fuerza máxima de apoyo boquilla KN 90,7

Carrera máxima de la boquilla mm 320

Ciclo en vacio min‐1 60

Potencia del motor KW (CV) 15 (20)

Potencia total instalada KW 24,58

Capacidad del depósito del aceite L 170+20

General

Peso neto de la máquina kg 3200

Figura IV.34: Máquina de Inyección Mateu&Sole modelo Meteor270/75

PRUEBAS DE INYECCIÓN.

Como consecuencia de la variación de los parámetros de proceso y la combinación de

los mismos surgen 36 condiciones de inyección diferentes para cada uno de los 4

materiales ensayados. Dichas condiciones se han codificado con las denominaciones


IV‐39

que aparecen en las siguientes tablas. En cada una de estas condiciones se

inyectaron 3 espirales, desechando la primera y obteniendo los registros de presión

de las 2 últimas, salvo con el material 4 que por escasez de material se decidió

inyectar solamente 2 espirales. Por tanto, por material se obtuvieron 72 espirales

(dos espirales por condición del proceso).

Tabla IV. 14: Nomenclatura de las espirales obtenidas a 190ºC.

Límite de presión de inyección % máx. Temperatura 190ºC 40% 60% 80%

25% C01 C04 C07 50% C02 C05 C08

Velocidad de

Inyección 75% C03 C06 C09


Límite de presión de inyección % máx. Temperatura 200ºC 40 60 80

25% C10 C13 C16 50% C11 C14 C17

Velocidad de




25% C19 C22 C25 50% C20 C23 C26

Velocidad de




25% C28 C31 C34 50% C29 C32 C35

Velocidad de


A continuación se presenta una imagen de las espirales de PP‐PPMA obtenidas con

cada una de las condiciones del proceso.



IV‐40

Figura IV.35: Ejemplo de las espirales obtenidas al someter al PP‐PPMA a las distintas

condiciones del estudio.

También para los diferentes materiales y condiciones de proceso evaluadas, ya

descritas, se extrajo in situ el tiempo de inyección que registró el control de la

máquina. Éste es el tiempo necesario hasta alcanzar el límite de presión establecido

que junto con la velocidad y temperaturas de inyección son las variables de proceso

modificadas. Posteriormente se determinaron para todas las condiciones ensayadas,

las longitudes de las espirales correspondientes con ayuda de una escala grabada en

el molde y que era reproducida en las muestras.

En las tablas IV.17 A y IV.18 A del anexo de este tema, se encuentra el resumen con

todas las longitudes medidas para los dos espirales generadas en cada uno de los 36

casos ensayados, así como los tiempos de inyección alcanzados en cada ensayo.

También se pueden ver las diferencias de cada una de estas variables con respecto a

los valores obtenidos con el material sin reforzar. Todos estos datos han permitido

discernir el grado de fluidez del material para las diferentes condiciones de proceso.

En las tablas IV.19 A del anexo del tema se presentan los datos del caudal de llenado

del molde a partir del tiempo transcurrido entre los dos disparos de los sensores.

Este dato se ha obtenido a partir del volumen de la espiral y el tiempo de llenado. A

partir de esta información se puede obtener los valores aparentes de la velocidad de

cizalla y viscosidad, considerando como simplificación un comportamiento

newtoniano del polímero.

Finalmente con estos datos de viscosidad y velocidad de cizalla de todas las

condiciones de inyección ensayadas, se han generado los modelos viscosos que

definen el comportamiento del material. Los modelos utilizados y que son los usados


IV‐41

con mayor frecuencia, en las herramientas de simulación reológicas, han sido: el

modelo exponencial y el de segundo orden que se ajustan a las ecuaciones IV.10,

IV.11 del apartado 4.4.2 del presente capítulo.

IV.4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.

En este apartado se exponen las conclusiones de los datos obtenidos en los ensayos.

A fin de considerar la fluidez del material se hace un análisis de las longitudes de las

espirales y el tiempo que tarda el fluido en recorrer el espacio entre sensores de

presión. Para finalizar, analizando el modelo reológico que se adecue a los datos

obtenidos.

IV.4.1 ANÁLISIS DE LAS LONGITUDES.

Como era de esperar para todos los materiales, cuando se eleva el límite de presión

para una velocidad y temperatura de ensayo constantes, la longitud de la espiral

aumenta (Figura IV.36)

Figura IV.36: Representación de las longitudes de las espirales con condiciones de presión de

trabajo:a) 40% de la presión máxima b) 60% de la presión máxima c) 80% de la presión

máxima.

Lo mismo ocurre cuando lo que se eleva es la temperatura de inyección,

manteniendo la velocidad y el límite de presión constantes (Figura IV.37).

Como se puede observar, para el caso en el que se incrementa la velocidad de

inyección, manteniendo constante las otras dos variables, la longitud de la espiral

disminuye ya que se alcanza antes el límite de presión, como cabía esperar.



IV‐42

Figura IV.37: Variación de la longitud de las espirales con respecto a la temperatura.

Figura IV.38: Variación de la longitud de las espirales con respecto a la velocidad de inyección

Para el análisis de las longitudes se ha propuesto realizar un estudio comparativo

entre el material de referencia que es el PP‐PPMA y el resto de materiales

reforzados.

Para ello se determinaron las longitudes de las espirales obtenidas y se estableció el

porcentaje en el nivel significancia entre valores (siempre con respecto al valor del

material de referencia) de un 5%. Estos valores están recopilados en la Tabla IV.17A


IV‐43

del anexo del tema. También se presenta una tabla resumen de los valores medios de

las longitudes de las dos espirales obtenidas para cada condición y cada material.

Tabla IV.18.

Tabla IV. 18: Longitudes medias de las espirales de PP‐PPMA, PP‐PPMA‐F, PP‐PPMA‐FB, PP‐

PPMA‐FA.

Condiciones Molde en Espiral Longitudes Medias de las Espirales(cm)

T.inyección (ºC)

P.lím (%) V.máx (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F PP‐PPMA‐FB

PP‐PPMA‐FA

25 24,75 24,63 21,63 21,25

50 20,88 22,00 19,50 17,75 40

75 17,50 19,13 16,50 15,38

25 34,63 34,75 31,00 31,75

50 31,88 32,50 28,75 29,63 60

75 28,63 29,13 26,25 26,63

25 44,50 43,63 40,88 41,63

50 41,38 40,63 38,75 38,63

190

80

75 39,25 38,63 36,38 36,50

25 26,75 26,50 23,88 24,25

50 23,75 23,38 21,50 21,00 40

75 20,38 19,88 18,50 17,25

25 36,50 35,88 33,63 34,25

50 34,00 33,63 31,50 31,63 60

75 31,13 29,88 28,63 28,50

25 48,00 46,13 43,13 44,50

50 44,63 43,13 40,63 41,88

200

80

75 41,75 41,00 39,13 39,13

25 28,38 26,88 25,00 25,75

50 25,00 24,00 22,88 22,63 40

75 22,00 20,88 19,63 19,88

25 39,50 37,50 35,38 36,25

50 36,75 34,50 33,38 33,88 60

75 33,38 31,25 30,00 30,75

210

80 25 50,50 48,75 45,25 47,38



IV‐44

Condiciones Molde en Espiral Longitudes Medias de las Espirales(cm)

T.inyección (ºC)

P.lím (%) V.máx (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F PP‐PPMA‐FB

PP‐PPMA‐FA

50 46,50 45,38 42,50 44,38

75 44,00 42,00 40,50 41,25

25 29,13 30,88 28,50 30,63

50 27,50 27,75 25,63 27,75 40

75 23,63 23,25 22,25 24,13

25 43,75 43,38 40,88 42,75

50 40,50 39,13 37,00 38,88 60

75 37,38 35,75 34,13 35,88

25 57,75 55,38 52,00 55,13

50 51,88 51,50 48,75 51,50

240

80

75 48,13 47,25 44,88 48,13

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LONGITUDES ENTRE EL PP‐PPMA Y PP‐PPMA‐F.

Figura IV.39: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐F.


IV‐45

En la observación de la Tabla IV.17A y la Figura IV.36 se aprecia que las longitudes de

las espirales obtenidas son más largas cuando el material no tiene refuerzo.

Hay algunos casos excepcionales en donde las espirales del material con refuerzo

alcanzan longitudes mayores que el PP‐PPMA, incluso por encima del 5% propuesto

(Tabla IV.19).

Tabla IV. 19: Detalle extraído de la Tabla IV.17A del anexo.

L (cm)

Espiral Tinyección (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F %

E‐01 190 75 40 17,5 19,25 ‐10,00

E‐02 190 75 40 17,5 19,00 ‐8,57

Es de destacar que estos valores se han obtenido en condiciones de temperatura y

presión bajas.

De igual forma, según se aprecia en la tabla IV.17 A del anexo, a medida que aumenta

la velocidad de inyección, la longitud disminuye, y cuando aumenta la presión,

manteniendo las otras variables constantes, la longitud de la probeta aumenta.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LONGITUDES ENTRE EL PP‐PPMA Y PP‐PPMA‐FB.

En el material reforzado con fibra con el tratamiento B, en casi todos los casos

ensayados se obtienen espirales significativamente más cortas y con variaciones

mayores al 5% con respecto al PP‐PPMA. Solo cuando se trabaja a 240ºC, con un bajo

límite de presión del 40% y una velocidad de inyección baja del 25%, se obtienen

espirales que aun siendo más cortas que en el material sin reforzar, tienen una

variación inferior al 5% (Tabla IV.20).


L (cm)

Espiral Tinyección (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐FB %

C28

E‐01 240 25 40 29,25 28,25 3,42

E‐02 240 25 40 29 28,75 0,86



IV‐46

A continuación se muestran las imágenes de las espirales (EO1) obtenidas para

ambos materiales.

Figura IV.40: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FB.

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LONGITUDES ENTRE EL PP‐PPMA Y PP‐PPMA‐FA.

Las longitudes de las espirales del material de referencia siguen siendo más largas

que las del PP‐PPMA‐FA. En la Figura IV.41, se presentan las fotografías donde se

pueden ver comparativas de los dos materiales

Las diferencias entre las longitudes son superiores al 5% en casi todas las condiciones

ensayadas, llegando en alguna ocasión hasta alcanzar un nivel de diferenciación de

un 17%. Este caso se da en condiciones de proceso de 200ºC de temperatura,

velocidad de inyección al 75% y presión de trabajo al 40%, como se observa en la

Tabla IV.21.


IV‐47

Figura IV.41: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FA.


lespiral (cm)

Espiral Tinyección (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐FA %

E‐02 200 75 40 20,5 9,76 17,00

Sin embargo, este material, a diferencia de lo que ocurría con el PP‐PPMA‐FB, a la

temperatura de 240ºC comienza a tener un comportamiento anómalo. Las longitudes

de las espirales presentan valores mayores llegando, incluso, a obtenerse valores

más propios del material de referencia, según se muestra en la Tabla IV.22.


lespiral (cm)

Espiral Tinyección

(ºC) Vmáx (%)

Plím (%)

PP‐PPMA PP‐PPMA‐

FA %

C28

E‐01 240 25 40 29,25 30,75 ‐5,13



IV‐48

lespiral (cm)

Espiral Tinyección (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐FA %

C29

E‐01 240 50 40 27,5 27,75 ‐0,91

E‐02 240 50 40 27,5 27,75 ‐0,91

C30

E‐02 240 75 40 23,25 24,50 ‐5,38

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LONGITUDES ENTRE EL PP‐PPMA‐F , PP‐PPMA‐

FA , PP‐PPMA‐FB

Los porcentajes de significancia de los materiales reforzados y tratados son en su

mayoría superiores al 5%, disminuyendo la longitud de la espiral en mayor

proporción que en el material reforzado con fibra sin tratar; en donde los niveles de

significancia se reducen.

Esto claramente indica que los tratamientos están afectando a la fluidez del material,

respecto al material reforzado con fibra sin tratar y por supuesto al material sin

reforzar.

Para la temperatura de 240 ºC se aprecia que los niveles de significancia disminuyen,

siendo más patente en el caso del PP‐PPMA‐FA en donde estos se reducen

considerablemente. A modo de ejemplo se presenta el caso 14 y 32 donde se

observa cómo se reducen los porcentajes con el aumento de la temperatura (Tabla

IV.23).

Tabla IV. 23: Detalle (Casos 14,32) extraído de la Tabla IV.17A del anexo.

lespiral (cm)

Espiral Tinyección

(ºC) Vmáx (%)

Plím (%)

PP‐PPMA

PP‐PPMA‐

F %

PP‐PPMA‐FB

% PP‐

PPMA‐FA

%

C14

E‐01 200 50 60 34,25 33,50 2,19 31,5 8,03 31,75 7,30

E‐02 200 50 60 34,25 33,75 1,46 31,5 8,03 31,50 8,03

C32

E‐01 240 50 60 40,5 39,25 3,09 37 8,64 39,00 3,70

E‐02 240 50 60 40,5 39,00 3,70 37 8,64 38,75 4,32


IV‐49

Este efecto puede ser debido a que el anhídrido maleico incorporado a la fibra en el

tratamiento A, está afectando a la fluidez por degradación o por liberación de alguna

sustancia química proveniente del mismo.

IV.4.2. ANÁLISIS DE LOS TIEMPOS

Las conclusiones que se han obtenido respecto a los tiempos de inyección han sido

extraídas de la observación de los datos relacionados en la tabla IV.18 del anexo del

tema. La metodología establecida es la misma que la que se ha empleado en el

apartado anterior. Se estableció el nivel de significancia en un 5% y se comparó con

los tiempos del material de referencia (PP‐PPMA). Para todos los materiales del

estudio se observa que:

Como es sabido, la viscosidad del material fundido se ve afectada por la presión. La

compresión de un fundido reduce el volumen libre y por tanto aumenta la viscosidad.

Esto se traduce en un aumento del tiempo tal como se aprecia en la Figura IV.42.

Figura IV.42: Variación del Tiempo de inyección con la Presión.

También de forma general para todos los materiales ensayados, al incrementar la

velocidad de inyección, el tiempo de inyección disminuye (Figura IV.43).



IV‐50

Figura IV.43: Variación del Tiempo de inyección con la Velocidad máxima de inyección.

Figura IV.44: Variación del Tiempo de Inyección con la Temperatura.

En la figura IV.44 se observa claramente una diferencia muy significativa entre el

material sin reforzar y los reforzados para la temperatura de inyección más alta. En

cualquiera de ellos se obtienen tiempos de inyección bastante mayores con

variaciones de hasta un 55%, para el caso del PP‐PPMA‐FA y el 34% para PP‐PPMA‐F,

Tablas IV.24 y IV. 25, respectivamente.


IV‐51

Tabla IV. 24: Detalle (Caso 30) extraído de la Tabla IV.18A del anexo.

tinyección (s)

Espiral tiny (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐FA %

C30

E‐01 240 75 40 0,29 0,45 ‐55,17

E‐02 240 75 40 0,29 0,45 ‐55,17

Tabla IV. 25: Detalle (Caso 32) extraído de la Tabla IV.18A del anexo.

tinyección (s)

Espiral tiny (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F %

C32

E‐01 240 50 60 0,63 0,85 ‐34,92

E‐02 240 50 60 0,63 0,85 ‐34,92

Por lo tanto, entre los materiales reforzados para este nivel de temperatura, se

puede decir que el material con fibra sin tratar y el material con tratamiento A,

tienen un comportamiento similar, y con las mayores variaciones respecto al material

sin reforzar.

En lo que respecta al material con tratamiento B, las diferencias encontradas sobre el

material sin refuerzo son las menores y en casi todas las condiciones ensayadas

inferiores al 20%. .

IV.5. MODELO REOLÓGICO MOLDE EN ESPIRAL.

Para la obtención del modelo reológico de los materiales ensayados se ha

considerado como punto de partida el modelo reológico exponencial del PP

HOSTACOM PPU X9067HS, utilizado como base para los distintos ensayos realizados

en la tesis. Estos datos han sido extraídos de la base de datos de materiales de

inyección. Las características del material se exponen a continuación.

IV.5.1. CARACTERISTICAS DEL PP HOSTACON PPU X9067HS

Como se ha mencionado en el apartado 2 referente a los materiales, el polipropileno

utilizado es un copolímero de alta cristalinidad y rigidez, dureza y flujo. Sus

características están recogidas en la Tabla IV.1 del tema.



IV‐52

También se presenta en la Figura IV.45 la evolución de la viscosidad del material para

un amplio rango de velocidad de cizalla, y para los valores habituales de temperatura

de inyección entre 200ºC‐260ºC, extraída de las bases de datos de los materiales de

inyección. Esta gráfica es la referente para observar diferencias con los materiales

ensayados.

Figura IV.45: Evolución de la Viscosidad del PP Hostacon PPU X9067HS.

La evaluación de modelos reológicos a partir de los ensayos en molde en espiral, está

limitado por un rango de valores de velocidad de cizalla más bajo, debido a las

características geométricas del molde y de las inyectoras, en comparación con los

reómetros. Por tal motivo los valores obtenidos en estos ensayos se concentran en

un intervalo de valores de velocidad de cizalla entre 1000‐3600 s‐1, a los que les

corresponde viscosidades entre 25‐130 Pa∙s. A partir de estos valores se han

calculado los parámetros que definen tanto los modelos reológicos de tipo

exponencial (Tabla IV.26) como de segundo orden (Tabla IV.27). Los valores de las

constantes han sido calculados mediante el programa informático POLYFLOW. Con

ello, se ha observado que el modelo de tipo exponencial se ajusta mejor a la tipología

de curvas del material de referencia y se ha considerado como idóneo para este

análisis.


IV‐53

Tabla IV. 26: Parámetros de ajuste al modelo exponencial.

Material Constantes Modelo Exponencial A B C Ajuste

PP‐PPMA 1,148 104 ‐0,761 2,207 10‐3 0,887 PP‐PPMA‐F 1,272 105 ‐0,896 4,312 10‐3 0,994 PP‐PPMA‐FB 1,826 105 ‐0,923 ‐4,559 10‐3 0,995 PP‐PPMA‐FA 0,931 104 ‐0,643 ‐2,221 10‐4 0,871

Tabla IV. 27: Parámetros de ajuste al modelo de Segundo Orden.

Material Constantes Modelo de Segundo Orden A0 A1 A2 A3 A4 A5

PP‐PPMA 0,019 1,640 6,459 103 ‐0,373 ‐3,771 10‐4 ‐1,588 10‐5 PP‐PPMA‐F 4,978 ‐0,573 ‐5,682 10‐3 ‐0,080 9,157 10‐4 2,169 10‐6 PP‐PPMA‐FB 3,343 0,730 ‐9,396 10‐3 ‐0,274 6,379 10‐4 1,287 10‐5 PP‐PPMA‐FA 3,350 0,178 ‐1,303 10‐3 ‐0,184 5,233 10‐4 ‐5,236 10‐6

La representación gráfica de los datos de las tablas comprendidas entre la IV.19A y la

IV.26A del anexo del tema, correspondientes a las dos espirales obtenidas de los

distintos materiales, se muestran a continuación incluyendo las conclusiones

observadas en ellas.

PP‐PPMA

Figura IV.46: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA EO1.



IV‐54

Figura IV.47: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA EO2.

Para el PP‐PPMA se observa en las Figuras IV.46 y IV.47 unos valores de viscosidad

más elevados para el rango analizado, que en el caso del PP de referencia utilizado, y

con una variación con la temperatura más estrecha. La pendiente es también mayor

lo que implicaría un incremento en viscosidad más elevado para el mismo

incremento en la velocidad de cizalla.

PP‐PPMA‐F

En el proceso de inyección de este material, se observó lo siguiente:

El material producía un babeo que estuvo acompañado de pequeñas detonaciones o

“petardeo”, producido probablemente por la aparición de gases procedentes de la

degradación de algunos componentes de la fibra, que no se habían eliminado al no

estar tratada.

También se observó, a 240ºC, cómo esos gases producían irritabilidad de la garganta

y la nariz, así como un olor característico de la degradación de materiales naturales.

En la inspección visual de las espirales se observó unas ráfagas cortas y dispersas en

las superficies, que probablemente se deban a las trayectorias seguidas por

aglomeraciones de fibra durante el llenado de la pieza, dejando un acabado mate en

las superficies de las piezas, según se puede observar en la figura siguiente.


IV‐55

Figura IV.48: Aglomeraciones de las fibra en el PP‐PPMA‐(Caso C34 ).

La evolución de los valores de la viscosidad se detallan en las Figuras IV.49 y IV.50:

Figura IV.49: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐F EO1.

Para el PP‐PPMA‐F se pueden establecer las mismas consideraciones que respecto al

material anterior, en donde se consiguen valores de viscosidad más altos para el

rango de velocidades de cizalla considerado, que la referencia. Apreciándose un

incremento ligeramente superior al 10% en la viscosidad para los valores de la

velocidad de cizalla en torno a 1000 1/s. Sobre estos valores, aparecen viscosidades

máximas del orden de 106 Pa∙s, cuando para el PP‐PPMA sin reforzar estaban en

torno a 95 Pa∙s. (Tablas IV.21A, IV22A, IV23A, IV24A del anexo del tema).



IV‐56

Figura IV.50: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐F EO2.

PP‐PPMA‐FB

La inyección con este tipo de material presentó un problema de aglomeración de la

fibra en la dosificación de la granceadora. Esto se tradujo en una disminución en la

velocidad del paso del flujo durante este proceso. También, presentaban un frente

de flujo más regular y uniforme, mostrando menor contracción en comparación con

el material sin reforzar.

La representación de los datos de viscosidad obtenidos se encuentra representados

en las Figuras IV.51 y IV.52.

En el PP‐PPMA‐FB se observan unas diferencias más apreciables en cuanto al

incremento de viscosidad respecto a las curvas de referencia y de mayor magnitud a

bajas velocidades de cizalla. Se alcanzan viscosidades de hasta 128 Pa∙s, (tabla IV.24 A

del anexo) lo que representa en torno al 30% respecto a los valores obtenidos para el

PP‐PPMA sin refuerzo.


IV‐57

Figura IV.51: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO1.

Figura IV.52: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO2.

PP‐PPMA‐FA.

La dosificación en la granceadora fue más fácil con la fibra con tratamiento A por

estar más suelta y no producir aglomeraciones. Se consiguió un flujo de dosificación



IV‐58

más constante y rápido que con el tratamiento B lo que podría indicar un aumento

en la fluidez del material.

En la inyección de probetas con el PP‐PPMA‐FA se observó, manteniendo las mismas

condiciones de inyección que para el resto, una mayor presencia de rebabas, que

llegaban a producir atrapamientos del bebedero en la placa fija. Esto se solventó

aumentando el tiempo de enfriamiento a 15 s, y solo se explica por un incremento de

fluidez de este material.

También se observó la aparición de rechupes en las probetas obtenidas a 190ºC.

A la temperatura de 240ºC, en la boquilla de inyección se producía un babeo de

forma general en todos los materiales, pero para el tratamiento A en concreto, se

notaba con mayor profusión, incluso provocó inestabilidad o irregularidad en las

inyecciones por las pérdidas de material.

La representación de los datos de viscosidad obtenidos se encuentra representados

en las Figuras IV.53 y IV.54.

Figura IV.53: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO1.


IV‐59

Figura IV.54: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO2.

En las gráficas se observa que ocurre lo mismo que para el material anterior, aunque

se aprecia que la curva para la temperatura más alta de 240ºC, está más separada de

las temperaturas más bajas, y en especial para las velocidades de cizalla más bajas.

Esto refleja el incremento de fluidez que presentó este material a esta temperatura.



IV‐60

INDICE DE FIGURAS

Figura IV.1: Diagrama de operaciones de la mezcla Matriz –Fibra ................................2

Figura IV.2 (a) Fibra larga y limpia antes de cortar; (b) Fibra tratada químicamente....4

Figura IV.3. Fibra cortada a 3 mm. .................................................................................5

Figura IV.4: a) Línea de Extrusión b) Detalle de la Boquilla.......................................6

Figura IV.5: Enfriamiento en agua del hilo‐composite extrusionado.............................7

Figura IV.6 Granza de composite con fibra incorporada................................................7

Figura IV.7 Granza de PP+PPMA. ...................................................................................8

Figura IV.8 Diagrama de un fluido en flujo cortante simple [1]. ....................................9

Figura IV.9. Representación de curvas de flujo para diferentes fluidos. 1) Fluido

newtoniano, 2) Fluido no newtoniano adelgazante, 3) Fluido no newtoniano

dilatante, 4) Fluido de Bingham. ..................................................................................10

Figura IV.10: a) Esquema de un reómetro y b) Reómetro capilar GOTTFERT 1500.....14

Figura IV.11: Valores de de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA a 190ºC. ........18

Figura IV.12: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA a 200ºC. .............18

Figura IV.13: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 210ªC. .....................19

Figura IV.14: Representación gráfica de los valores de viscosidad obtenidos con el

modelo de 2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA. .................................19

Figura IV.15: Valores de viscosidad frente a shear rate del PP‐PPMA‐F a 190ºC. .......21

Figura IV.16: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐F a 200ºC. ..........21

Figura IV.17 Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐F a 210ºC. ...........22


modelo de 2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA‐F. ..............................23

Figura IV.19: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐FA a 190ºC.........24




IV‐61


modelo de 2º orden a 190ºC, 200ºC y 210ºC para el PP‐PPMA‐FA. ........................... 26

Figura IV.23: Valores de viscosidad frente shear rate del PP‐PPMA‐FB a 190ºC. ....... 27



Figura IV.26 : Representación gráfica de los valores de viscosidad obtenidos con el

modelo de 2º orden a 190ºC, 200 ºCy 210ºC para el PP‐PPMA‐FB............................. 29


modelo de 2º orden a 190ºC para todos los materiales. ............................................ 30





Figura IV.30: Etapas del desarrollo del modelo reológico con molde en espiral. ....... 33

Figura IV.31: Geometria del molde en espiral. ............................................................ 34

Figura IV.32: Localización de los transductores en el molde....................................... 35

Figura IV.33: Representación gráfica de la evolución de la medida de presión en los 2

transductores............................................................................................................... 35

Figura IV.34: Máquina de Inyección Mateu&Sole modelo Meteor270/75 ................. 38

Figura IV.35: Ejemplo de las espirales obtenidas al someter al PP‐PPMA a las distintas

condiciones del estudio. .............................................................................................. 40

Figura IV.36: Representación de las longitudes de las espirales con condiciones de

presión de trabajo:a) 40% de la presión máxima b) 60% de la presión máxima c) 80%

de la presión máxima................................................................................................... 41

Figura IV.37: Variación de la longitud de las espirales con respecto a la temperatura.

..................................................................................................................................... 42

Figura IV.38: Variación de la longitud de las espirales con respecto a la velocidad de

inyección ...................................................................................................................... 42

Figura IV.39: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐F. ....... 44



IV‐62

Figura IV.40: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FB.......46

Figura IV.41: Fotografía de las espirales obtenidas con PP‐PPMA y PP‐PPMA‐FA. .....47

Figura IV.42: Variación del Tiempo de inyección con la Presión..................................49

Figura IV.43: Variación del Tiempo de inyección con la Velocidad máxima de

inyección. ..................................................................................................................... 50

Figura IV.44: Variación del Tiempo de Inyección con la Temperatura. .......................50

Figura IV.45: Evolución de la Viscosidad del PP Hostacon PPU X9067HS. ...................52

Figura IV.46: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA EO1.................53

Figura IV.47: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA EO2.................54

Figura IV.48: Aglomeraciones de las fibra en el PP‐PPMA‐(Caso C34 )........................55

Figura IV.49: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐F EO1..............55

Figura IV.50: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐F EO2..............56

Figura IV.51: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO1............57

Figura IV.52: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO2............57

Figura IV.53: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO1. ..........58

Figura IV.54: Comparativa y Evolución de la viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO2. ..........59


IV‐63

INDICE DE TABLAS.

Tabla IV. 1: Propiedades de polipropileno HOSTACOM PPU X9067HS ......................... 3

Tabla IV. 2: Propiedades del polipropileno modificado Bondyram® 1004. ................... 3

Tabla IV. 3: Pesos de la fibra total (cortada a 3 mm y desechada) en los distintos

casos. ............................................................................................................................. 5

Tabla IV. 4: Pesos de granza obtenidos. ........................................................................ 6

Tabla IV. 5: Comparativa entre los valores de viscosidad medida y calculada con el

modelo de 2º orden de los ensayos a 190ºC, 200ºC y 210ºC del PP‐PPMA................ 20

Tabla IV. 6. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA.......... 20


modelo de 2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐F.......... 22

Tabla IV. 8. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA.......... 23


modelo de 2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐FA........ 25

Tabla IV. 10. Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA‐FA. . 26


modelo de 2º orden de los ensayos a 190 ºC, 200 ºC y 210 ºC del PP‐PPMA‐FB........ 28

Tabla IV. 12: Valores de las constantes del modelo matemático para PP‐PPMA‐FB. . 29

Tabla IV. 13: Características de la inyectora Mateu&Sole modelo Meteor270/75..... 37

Tabla IV. 14: Nomenclatura de las espirales obtenidas a 190ºC. ................................ 39




Tabla IV. 18: Longitudes medias de las espirales de PP‐PPMA, PP‐PPMA‐F, PP‐PPMA‐

FB, PP‐PPMA‐FA........................................................................................................... 43

Tabla IV. 19: Detalle extraído de la Tabla IV.17A del anexo. ....................................... 45





IV‐64

Tabla IV. 22: Detalle extraído de la Tabla IV.17A del anexo. .......................................47

Tabla IV. 23: Detalle (Casos 14,32) extraído de la Tabla IV.17A del anexo. .................48

Tabla IV. 24: Detalle (Caso 30) extraído de la Tabla IV.18A del anexo.........................51

Tabla IV. 25: Detalle (Caso 32) extraído de la Tabla IV.18A del anexo.........................51

Tabla IV. 26: Parámetros de ajuste al modelo exponencial. ........................................53

Tabla IV. 27: Parámetros de ajuste al modelo de Segundo Orden. .............................53

Capítulo V: Ensayos Mecánicos

Capítulo V: Ensayos mecánicos


V. ENSAYOS MECÁNICOS ......................................................................................... 1

V.1. Inyección. ....................................................................................................... 2

V.2. Análisis de Masas y Dimensional .................................................................. 5

V.2.1. Resultados del análisis de masas ........................................................... 6

V.2.2. Conclusiones del Análisis de masas ....................................................... 7

V.2.3. Resultados del Análisis Dimensional ...................................................... 7

V.2.4. Conclusiones del Análisis Dimensional .................................................. 8

V.3. Determinación de la densidad de la fibra .................................................... 8

V.4. Ensayos Mecánicos. .................................................................................... 11

V.4.1. Resultados de los Ensayos de Tracción ................................................ 13

V.4.2. Conclusiones de los ensayos a Tracción. ............................................. 15

V.5. Bibliografía .................................................................................................. 16

V.6. Índice de Figuras. ................................................................................... 17

V.7 Índice de tablas ...................................................................................... 17


V‐1

V. ENSAYOS MECÁNICOS

Una vez analizado el comportamiento reológico de los materiales que conforman el

estudio objeto de esta tesis, queda por caracterizar las propiedades mecánicas de los

compuestos estudiados.

Por tanto el objetivo del capítulo es determinar las propiedades mecánicas, en

concreto tensión máximas y módulo elástico, que poseen los materiales estudiados.

Para ello se someten a una serie de esfuerzos y se analiza la respuesta que se refleja

a través de deformaciones de naturaleza elástica y plástica. La mayoría de los

materiales empleados son materiales multicomponentes y es sabido que las

propiedades mecánicas las aportan cada unos de los componentes constituyentes. La

mejor combinación posible hará que se obtengan los mejores resultados. Los

compuestos que utilizan fibras como fase dispersa pretenden conseguir, entre otras,

mayor rigidez, carga elevada y bajo peso específico. En este capítulo se estudiará, en

que medida la adición de la fibra de platanera ( tratada y sin tratar) afectan a estas

características, comparándolas con las de la matriz, que como se ha mencionado

anteriormente es el PP modificado con PP injertado con anhídrido maleico (PP‐

PPMA). Si la adhesión entre la fibra y la matriz es buena, supone una fuerte unión

interfacial y se reflejará mostrando un aumento en el valor de la resistencia y rigidez,

al disponer de huecos interfaciales mínimos [1,2,3].

El medio para la consecusión del objetivo es la realización de ensayos de tracción los

cuáles permiten obtener el diagrama tensión‐deformación unitaria. A partir de este,

se puede extraer información sobre los tramos de deformación elástica y plástica, así

como algunos parámetros que definen el comportamiento a tracción, tales como, el

módulo elástico, tensión de rotura etc.

El análisis de estos parámetros nos define el comportamiento mecánico a tracción de

los distintos materiales estudiados.

Otro objetivo de este capítulo es la valoración del % de contracción al que responden

los materiales al estar sometidos a presión y temperatura en el proceso de inyección.

Para ello se sometieron las probetas a la determinación dimensional de cada una de

ellas.



IV‐2

Para alcanzar los objetivos planteados en el presente trabajo se han establecido una

serie de etapas a desarrollar durante la investigación, tal como se muestra en la

Figura V.1.

Figura V. 1: Esquema secuencial del proceso.

V.1. INYECCIÓN.

Para estos ensayos se ha empleado la máquina inyectora Mateu & Sole Meteor

270/55 H, disponible en las instalaciones de TIIP (Taller de Inyección de la Industria

de los Plásticos) y cuyas especificaciones han sido expuestas en el capítulo anterior.

Figura V. 2: Máquina inyectora Mateu Sole Meteor 270/55 H

Análisis Dimensional

Inyección

Análisis Dimensional

Ensayos Mecánicos

Resultados y conclusiones


V‐3

Figura V. 3: Probeta obtenido a partir de máquina inyectora.

El molde empleado para la transformación es el mostrado en la Figura V.2 y, permitió

obtener probetas de ensayos (Figura V.3) para la evaluación de las propiedades

mecánicas básicas de estos materiales.

Se decidió inyectar únicamente a la temperatura de 200ºC, y se ajustó las

condiciones de inyección (Tabla V.1) con el material PP‐PPMA. Éstas se mantuvieron

constantes para el resto de materiales con el objeto de ver las diferencias en cuanto

a la estabilidad dimensional, resistencia y rigidez de los materiales para las mismas

condiciones de proceso. La elección de la temperatura de inyección viene avalada

por las respuestas obtenidas en el estudio reológico de los materiales, visto en el

capítulo anterior y por los ensayos termogravimétricos realizados a la fibra (capítulo

III). En los gráficos obtenidos del estudio reológico del molde en espiral, se observa

que para temperaturas de 200 y 210ºC no se aprecian diferencias significativas con

respecto a valores de la viscosidad. Por otro lado, analizando las termografías

realizadas a las fibras de platanera, se puede ver que la temperatura de degradación

de la fibra es superior a los 200ºC. Los valores más bajos en los inicios de

descomposición de la fibra corresponde a la fibra sin tratar siendo estos a

temperaturas que rondan los 210ºC. Por ello, , se ha considerado adecuada la

elección de 200ºC como temperatura de inyección para la fabricación de las probetas

de ensayo.



IV‐4

TablaV.1: Parámetros de inyección

Dosificación Compactación Enfriamiento

Velocidad Tiempo Presión Presión Tiempo Tiempo

Parámetro 40% 0,7s 40 bar 20 bar 6s 15 s

La geometría nominal de las probetas inyectadas se presenta en la Figura V.4, y se

corresponde con la disponible en los moldes utilizados para pruebas de

caracterización de materiales por el TIIP (Taller de Inyección de la Industria de los

Plásticos).

Figura V.4: Geometría nominal de las probetas

Se inyectaron también probetas del PP sin aditivar con el PP modificado (PPMA), para

comprobar si la presencia de éste, variaba las propiedades mecánicas.

Para cada uno de los materiales se inyectaron entre 10 y 20 probetas, dependiendo

de la disponibilidad del material. Se desecharon las primeras probetas hasta alcanzar

unas condiciones estables de ciclo.

En la Tabla V.2 se muestra el número de probetas obtenidas por cada material a

ensayar:


V‐5

TablaV.2: Número de probetas obtenidas de cada material

Probeta PP PP‐PPMA PP‐PPMA‐F PP‐PPMA‐FA PP‐PPMA‐FB

Nº de Probetas 20 19 10 12 11

V.2. Análisis de Masas y Dimensional

La variación de la masa y, en mayor medida, la variación dimensional es un factor

muy importante cuando se lleva a cabo el diseño de un utillaje de moldeo de piezas

plásticas. Cada polímero, sometido a presión y temperatura constantes, tiene un

valor específico de porcentaje de contracción y este porcentaje debe ser tenido en

cuenta en el diseño de los moldes.

Este aspecto no era un objetivo inicial de la tesis, pero se ha considerado oportuno

valorar la diferencia de volumen entre la cavidad del molde y la pieza fría, cuando

ésta, ha sido sometida a presiones y temperaturas constantes. El fin es obtener

resultados comparables entre los distintos materiales. Las condiciones de proceso de

inyección, la geometría de la pieza y el diseño de molde son factores determinantes

en el comportamiento de la pieza, pero en el ensayo sus efectos quedan minimizados

al considerarlos como aspectos constantes a lo largo del desarrollo del análisis.

Para la evaluación de la variabilidad de masa y dimensiones entre las probetas

realizadas, se procedió a la pesada y medida de cada una de ellas. De esta

información se pudo obtener la densidad de los tipos de fibra empleado.

Las probetas fueron pesadas en una balanza electrónica monoplato de precisión

Figura V.5:

Marca: Mettler Toledo

Mod: AB‐204‐S

Sensibilidad de 0,1 mg

Rango de pesada desde 0 hasta de 201 g.



IV‐6

Figura V. 5: Balanza analítica Mettler Toledo

También se midieron las dimensiones finales de las probetas inyectadas mediante

instrumentación básica de medida. En concreto fue empleado un pie de rey

analógico de las siguientes características:

Marca Starret.

Modelo 125 MEB.

División de escala de 0,05 mm.

Alcance de 200 mm.

V.2.1. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE MASAS

Este análisis se realizó a partir de las probetas a las que en primer lugar se les

eliminaron los canales de alimentación y algunas pequeñas rebabas laterales para

evitar errores en la medición.

Una vez preparadas se pesaron, según se comentó en un apartado anterior,

obteniendo los resultados que se presenta en el anexo del tema V tabla V.1A. La

tabla V.3 siguiente, representa una tabla resumen donde se muestran los pesos

medios obtenidos de cada material así como los porcentajes de variación con

respecto a las probetas de PP y PP‐PPMA, elegidas como probetas referencia para la

comparación.

Tabla V. 3: Pesos medios de las probetas y porcentajes de variación con respecto al material

de referencia.

PP PP‐PPMA PP‐PPMA‐F PP‐PPMA‐FA PP‐PPMA‐FB

Nº de Probetas 20 19 10 12 11

Pesos medios (g) 8,0933± 5,3*10‐3

8,1048± 1,6*10‐2

8,2861± 1,52*10‐2

8,4689± 1,45*10‐2

8,5103 ±1,7*10‐2

Porcentaje de variación % con PP

0,1 2,4 4,6 5,2

Porcentaje de variación % con PP‐

PPMA ‐0,1 2,2 4,5 5,0


V‐7

V.2.2. CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE MASAS

Del análisis de los datos antes mencionados se extraen las siguientes observaciones:

No existen diferencias en masas significativas entre las probetas de PP y de aquellas

que se aditivaron con el agente acoplante (PP‐PPMA). Se ha obtenido un valor medio

de 8,093 g para estas probetas, y 8,1048 g para PP‐PPMA, lo que implica unas

variaciones entorno al 0,1 %.

Las probetas reforzadas con fibra tienen una masa superior debido a que la fibra

aportada tiene una densidad superior a la del PP empleado (0,91 g/cm3).

No se observan diferencias en masas significativas entre las probetas sin refuerzo,

representando la variación de aumento de peso de un 0,1% (Tabla V.1 A del anexo).

Se aprecia un aumento de peso en las probetas reforzadas. Verificando un aumento

progresivo de la masa en función del tratamiento utilizado en la fibra. Así, se observa

que al introducir fibra sin tratar a las probetas, la variación de la masa con respecto al

PP y el PP‐PPMA es de 2,4% y 2,6 % respectivamente (Tabla V.1 A del anexo).

Las diferencias entre los datos arrojados por las probetas con las fibras sometidas a

los dos tratamientos A y B no son muy concluyentes, un 4,6% de aumento de peso

con respecto al PP para la fibra tratada con A (NaOH 1 N +AM ) y un 5,2 % para el

tratamiento B (NaOH 1 N). Si se compara con respecto a la matriz PP‐PPMA los

valores obtenidos son muy similares 4,5 % y 5% respectivamente (Tabla V.1 A del

anexo) Estos valores se pueden explicar en función de los valores de densidad de la

fibra recogidos en el ensayo y expresados a continuación.

V.2.3. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DIMENSIONAL

Una vez obtenido el peso de las probetas se procedió a la medición para evaluar la

variabilidad dimensional de éstas con respecto a las dimensiones nominales de la

cavidad del molde. Estas medidas son: 216,0 mm de largo, 13,0 mm de ancho y 2,8

mm de espesor.

Todos los resultados obtenidos del proceso se encuentran en el anexo V, Tablas de la

V.2A a la V.6A. Un resumen de esas mediciones se recoge en la tabla V.4, donde se



IV‐8

presenta el valor medio y un intervalo donde se encuentra la mayoría de los valores

obtenidos.

TablaV 4: Dimensiones medias de las probetas

Probetas TIPO Largo (mm) Ancho (mm) Espesor (mm)

Probetas PP 212,47± 0,1 12,77± 0,03 2,71± 0,02 Probetas PP‐PPMA 212,20 ± 0,3 12,77 ± 0,05 2,73 ± 0,02 Probetas PP‐PPMA‐F 213,07 ± 0,2 12,76 ± 0,04 2,72 ± 0,02 Probetas PP‐PPMA‐FA 213,40 ± 0,2 12,74 ± 0,04 2,70 ± 0,02 Probetas PP‐PPMA‐FB 213,60 ± 0,1 12,70 ± 0,05 2,72 ± 0,03

V.2.4. CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DIMENSIONAL

Se observa una variabilidad algo mayor en las dimensiones de las probetas del

material sin refuerzo que en los materiales reforzados. Estas diferencias

dimensionales, en buena lógica se manifiestan en mayor medida en la longitud de las

probetas, donde aparecen diferencias en los valores medios de más de 1 mm entre

las probetas sin reforzar y las reforzadas con fibra de platanera.

Esto ha permitido evaluar la contracción de los diferentes tipos de materiales,

utilizando para ello la longitud de las probetas por ser la magnitud más significativa,

comparándola con respecto a la dimensión del molde (216 mm). La contracción para

el material sin refuerzo está comprendida entre el 1,6 y 1,8 % (Tabla V.3A) del anexo

V. Para el material reforzado con fibra sin tratar está entre el 1,2 y 1,4 % (Tabla V.4A)

del anexo V.En el caso de los materiales reforzados con fibras tratadas, las probetas

no han presentado diferencias significativas entre ellas, teniendo una contracción

comprendida entre el 1,0 y el 1,2% (Tablas V.5A y V.6A) del anexo V.

Estos resultados son coherentes con el hecho de que en general los materiales

reforzados dan unos menores valores de contracción y una más alta estabilidad

dimensional.

V.3. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA FIBRA

A partir de la información en cuanto a la masa y dimensiones de las probetas, se ha

evaluado la densidad de la fibra introducida en las mismas, aplicando la regla de las

mezclas [4]. Para ello se ha considerado que la dosificación real conseguida en el


V‐9

proceso de granceado varia entre el 14–16 %. Este método consistió en determinar el

volumen promedio de las probetas de los distintos materiales a partir de las

dimensiones aportadas a la aplicación informática SolidWork.2010. Con la densidad

del material sin refuerzo (PP‐PPMA) calculada, que es de 0,86 g/cm3, se ha

determinado el volumen que ocupa la matriz en la probetas reforzadas. La diferencia,

es el volumen que ocupa la fibra añadida y con las masas promedios (entorno al 15%

de fibra), se ha obtenido la densidad de la fibra en cada uno de los casos. Los valores

obtenidos se presentan en la Tabla V.5.

Tabla V 5: Valores obtenidos de la densidad de la fibra de platanera.

PP‐PPMA Fibra

Tratamientos Ppromedio

(g) V

(cm3) ρ

(g/cm3) 85% p (g)

V (cm3)

V (cm3)

15% p (g)

ρ (g/cm3)

PP 8,0933 9,3428 0,87

PP‐PPMA 8,1048 9,4004 0,86

PP‐PPMA‐F 8,2861 9,3831 0,88 7,0432 8,1898 1,1934 1,2429 1,04

PP‐PPMA‐FA 8,4689 9,4039 0,9 7,1986 8,3704 1,0335 1,2703 1,23

PP‐PPMA‐FB 8,5103 9,409 0,9 7,2338 8,4113 0,9977 1,2765 1,28

Promedio 8,4218 9,3878 1,18

A pesar de las aproximaciones consideradas en este sencillo análisis, los valores

obtenidos son similares a las referencias encontradas,[5 ,6], en cuanto a la densidad

de fibra de platanera, que se encuentran entorno a 1,35 g/cm3. Las referencias hacen

alusión a fibra de banana de la India, donde las condiciones climatológicas son muy

distintas a las que poseen las Islas Canarias. Las plataneras son un medio de cultivo

muy sensible a las condiciones climatológicas existiendo variedades muy distintas en

el mundo.

Por otro lado, en el Capítulo III de la tesis, se realizó un estudio de la densidad de la

fibra en función del diámetro. Como se explica en el apartado, se midieron del orden

de 20 fibras de cada uno de los tratamientos, se les realizó 10 medidas del diámetro

a lo largo de su longitud (150 y 200 mm) y se procedió a la pesada de cada una de

ellas. Un resumen de los datos obtenidos se encuentran recogidos en las Tablas V.8A



IV‐10

a V.11A del anexo del tema. La representación de los valores, muestran una

tendencia clara al aumento de la densidad a medida que disminuye el diámetro

(Figura V.6 y Tabla V.6).

Con el procedimiento planteado se procedió a la determinación de la densidad de la

fibra sin tratar y tratada. La fibra sin tratar presentó un valor de densidad en torno a

1,04 g/cm3; valores similares también encontrados en la revisión bibliográfica [8].

Para el caso en el que las fibras fueron tratadas con NaOH se obtuvieron valores de

1,28 g/cm3 y de 1,23 g/cm3 para las fibras tratadas con NaOH+MA. En los dos

tratamientos aplicados se consigue una pérdida de masa y de volumen de las fibras,

pero es más acusado para el volumen de ahí que la densidad aumente en ambos

casos.

Tabla V.6: Variaciones de la densidad en función del diámetro para los distintos tratamientos.

Fibra Longitud (mm)

Peso (g)

Diámetro (mm) Volumen

Densidad (kg/m3)

F‐1 200 0,0010 0,1120 1,970 507,51

F‐2 145 0,0013 0,2110 5,070 256,40

F‐3 140 0,0016 0,2080 4,757 336,34

F‐4 142 0,0013 0,1170 1,527 851,52

F‐5 138 0,0013 0,1770 3,396 382,85

F‐6 137 0,0011 0,2440 6,406 171,71

media densidad: 417,72

Fibra con anhídrido maleico

FM‐1 139 0,0019 0,1890 3,900 487,22

FM‐2 181 0,0021 0,1511 3,246 647,03

FM‐3 296 0,0021 0,2560 15,236 137,83

FM‐4 295 0,0040 0,3260 24,623 162,45

FM‐5 292 0,0038 0,1930 8,543 444,83

FM‐6 280 0,0038 0,2210 10,741 353,79


Fibra con Hidróxido Sódico

FNa‐1 255 0,0022 0,1890 7,154 307,52

FNa‐2 200 0,0021 0,2250 7,952 264,08

FNa‐3 132 0,0013 0,1360 1,918 677,96

FNa‐4 126 0,0012 0,2270 5,099 235.33

FNa‐5 245 0,0022 0,0860 1,423 1524,78

FNa‐6 111 0,0021 0,3850 12,922 162,51


Fibra con NaOH + AM

FMNa‐1 230 0,0022 0,1420 3,642 603,99

FMNa‐2 248 0,0046 0,2140 8,920 515,69

FMNa‐3 300 0,0044 0,1680 6,650 661,64

FMNa‐4 247 0,0055 0,1430 3,967 1386,45

FMNa‐5 245 0,0040 0,1560 4,683 854,19

FMNa‐6 249 0,0032 0,1290 3,254 983,29



V‐11

Figura V.6: Variación de la densidad con el diámetro de la fibra.

Por otro lado hay que comentar que los datos extraídos han sido de multifilamentos,

es decir, las fibras medidas están compuestas por multitud de pequeñas fibras. A

estas se les denomina fibras elementales, en las cuáles el diámetro de dichas fibras

oscila entre 10 y 25 µm [7]. Por tanto se concluye que los datos obtenidos son de

densidad aparente.

V.4. Ensayos Mecánicos.

Las propiedades mecánicas de un material compuesto están determinadas por la

matriz y por la fibra empleada. Pero para ello es necesario crear una correcta unión

entre el refuerzo y la matriz, de manera que su resistencia y rigidez sea transmitida al

material compuesto. El comportamiento a fractura depende de la relación que haya

en la interfase. Una interfase débil da como resultado una baja rigidez y resistencia.

Pero una interfase fuerte resulta un material rígido y resistente, pero con una frágil

resistencia a la fractura (tenacidad).

La información que aporta el ensayo de tracción es muy completa en tanto en cuanto

permite cuantificar la respuesta elástica y plástica del material a través de sus

propiedades resistentes (módulo elástico o de Young y tensión de rotura).

En la norma ISO 527‐1:1993 se define la resistencia a la tracción como el esfuerzo

máximo en tracción soportado por una probeta durante el ensayo (MPa).



IV‐12

Respecto al módulo de elasticidad, la norma UNE‐EN ISO 527‐11196, lo define como

la resistencia de un material a la deformación elástica. Los materiales con bajo

módulo elástico son flexibles y deflectan mucho cuando se cargan. El valor del

módulo se refleja también, en la frecuencia natural de la vibración de una estructura.

Un material de módulo bajo tiene una frecuencia natural menor que uno de mayor

módulo (aunque la densidad también interviene), y esto, así como la deflexión, es

importante en los cálculos de diseño.

En la misma norma, se especifica que, con equipo asistido por ordenador, la

determinación del módulo E utilizando dos puntos de esfuerzo/deformación

distintos, se puede sustituir por el método de regresión lineal aplicada a la parte de la

curva situada entre estos dos puntos mencionados. Este ha sido el método utilizado

para la obtención de los datos.

Se han calculado las medias aritméticas y las desviaciones típicas de los resultados

obtenidos para el módulo de elasticidad y resistencia a la tracción según el

procedimiento operatorio dado en la norma ISO2602:1980.

El área encerrada bajo la curva del ensayo de tracción es útil para estimar la

tenacidad de un material, entendida como el trabajo o energía que consume un

material en el proceso de deformación y fractura.

Una selección de las probetas obtenidas en el proceso de inyección fueron sometidas

a estos ensayos destructivos de tracción en la máquina de ensayos dinámica

Microtest modelo EFH/5/FR, con sistema de control automatizado SCM3000,

transductor extensométrico de fuerza y capacidad 5kN, disponible en el Laboratorio

de Biomecánica del Departamento de Ingeniería Mecánica de la ULPGC. De estos

ensayos se han obtenido los diagramas tensión‐deformación y los valores de tensión

máxima y módulo de elasticidad para evaluar las variaciones en las propiedades

mecánicas de los materiales estudiados.


V‐13

Figura V 7: Ensayo de tracción de las probetas en la máquina dinámica Microtest modelo

EFH/5/FR.

Las propiedades mecánicas básicas de estos materiales estudiados, se han evaluado a

partir de ensayos destructivos de tracción realizados a 5 probetas de cada material

según la norma UNE–EN ISO 527, empleando como velocidad de ensayo 10 mm/min

como recomienda la norma.

V.4.1. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN

Los resultados de estos ensayos se presentan en el anexo V Tablas V.12A a V.18A,

donde se representan los valores de resistencia, módulo elástico así como las

variaciones, expresadas en porcentajes, según el procedimiento operatorio dado en

la norma ISO 2602:1980, con respecto a los valores obtenidos en las probetas de PP y

las de PP‐PPMA que han sido las matrices utilizadas para la elaboración para el

material compuesto. En estas tablas se puede observar que, excluyendo algunos

valores atípicos; la variabilidad entre ensayos ha sido baja. En la figura V.8 se

representan los diagramas de las probetas más representativas de cada material.



IV‐14

Figura V.8: Diagrama Tensión‐Elongación del PP,PP‐MA, PP‐MA.F, PP‐MA‐FA, PP‐MA‐FB.

La tabla V.7 resume los valores medios de los parámetros evaluados para los cuatro

materiales analizados, también se expresa las desviaciones típicas, según la norma

ISO 2602:1980, de los valores de la tensión y módulo de elasticidad con respecto a las

matrices tomadas de referencia para el estudio (PP, y PP‐PPMA).

Tabla V. 7: Valores medios de tensión y módulo de elasticidad desviaciones con respecto a la

matriz referencia.

Tensión Máxima

σ Tensión

Variación con

respecto al PP

Variación respecto al PP‐PPMA

Módulo de Elasticidad

σ Módulo

Variación con

respecto al PP


Probetas TIPO

(MPa) (%) (%) (MPa) (%) (%)

PP 23,6 1,9 1130,2 8,5

PP‐PPMA

23,1 1 1,9 1034 52,8 8,5

PP‐PPMA‐F

22,4 0,6 5 3,29 1211 66,5 ‐7,1 ‐17,15

Tensión Máxima

σ Tensión

Variación con

respecto al PP


Módulo de Elasticidad

σ Módulo

Variación con

respecto al PP


Probetas TIPO

(MPa) (%) (%) (MPa) (%) (%)

PP‐PPMA‐FA

23,2 0,4 1,4 ‐0,45 1459 113,2 ‐29,1 ‐41,18

PP‐PPMA‐FB

25,6 0,6 ‐8,7 ‐10,74 1422 128,7 ‐25,8 ‐37,55


V‐15

V.4.2. CONCLUSIONES DE LOS ENSAYOS A TRACCIÓN.

De estos valores se pueden extraer las siguientes conclusiones:

Sobre la tensión máxima, la inclusión del refuerzo no ha representado variaciones

muy significativas, aunque la fibra con el tratamiento B (NaOH 1N) parece haber

mejorado de forma apreciable esta propiedad; lo que lleva a concluir que el

tratamiento con álcali mejora el comportamiento de la fibra, produciendo una

interfase fibra‐matriz más resistente y como consecuencia, permitiendo que la

transferencia de carga de la matriz a la fibra se realice de forma más efectiva. Debe

observarse, sin embargo, que el incremento en la resistencia del material debido a la

mejora interfacial por la reacción química entre el agente de acoplamiento en la fibra

(Tratamiento A) y el polímero, no es tan apreciable, como en el caso de la mejora

obtenida por la modificación superficial de la fibra por el lavado con la solución de

sosa caústica (Tratamiento B).

Las probetas reforzadas con fibras sin tratar, experimenta un ligero descenso en el

valor de la tensión de ruptura. Esto puede ser debido que al tratarse de fibras cortas,

sin tratamientos previos para la mejora de la compatibilidad de ésta con la matriz, se

están produciendo defectos en la interfase lo que hace que disminuya las

propiedades finales del compuesto; debido a la posible concentración de tensiones

creadas por solapamientos de fibras y los extremos de las mismas [1, 2, 3].

De los datos del módulo de elasticidad se desprende que el material sí que ha variado

de forma significativa en todos los casos en que se ha utilizado refuerzo. Con la fibra

sin tratar el incremento es más bajo, pero con las fibras tratadas el incremento de

rigidez es muy significativo, superior al 37% en ambos casos. Ello puede ser debido al

efecto que los tratamientos tienen sobre la fibra ya que una de las consecuencias es

el aumento del área superficial específica de la fibra en contacto con la matriz lo que

origina un aumento en la rigidez del material.

Entre los dos tratamientos se observan sutiles diferencias, pues con el tratamiento A

no varía la tensión máxima respecto al material sin reforzar, pero sin embargo se

consigue el máximo incremento en la rigidez.



IV‐16

En la gráfica también se observa claramente como la ductilidad de estos materiales

reforzados en muy inferior a la del PP sin reforzar.

Por otro lado, el área encerrada bajo la curva del ensayo de tracción determina el

trabajo o energía que consumen un material en el proceso de deformación y

fractura, en la figura V.8 se observa que el menor valor del área también

corresponde a la curva respuesta de las probetas reforzadas con fibras tratadas con

álcali (tratamiento B). Aspecto que está en consonancia con los valores más altos de

resistencia y módulo de elasticidad obtenidos con ese tratamiento. Estos valores de

tenacidad bajos conllevan que la porción del material compuesto en contacto con la

grieta de ruptura no absorba la energía y la deje disponible para que esta evolucione

más rápidamente, es decir que el material sea frágil.

V.5. BIBLIOGRAFÍA

[1] Li Y, Hu Ch, Yu Y., Interfacial studies of sisal fiber reinforced high density

polyethylene (HDPE) composites. (2008) Composites: Part A, 39: 570–578.

[2 ] Joseph PV, Joseph K, Thomas S. Effect of processing variables on the mechanical

properties of sisal‐fiber‐reinforced polypropylene composites. (1999) Composites

Science and Technology, 59: 1625‐1640.

[3] Torres FG, Cubillas ML. Study of the interfacial properties of natural fibre

reinforced polyethylene. (3005) Polymer Testing, 24: 694–698.

[4] Herrera‐Franco PJ, Valadez‐González A. Mechanical properties of continuous

natural fibre‐reinforced polymer composites.(2004) Composites Part A: Applied

Science and Manufacturing, 35 (3): 339‐345.

[5] Bledzki AK, Gassan J. Composites reinforced with cellulose based fibres. (1999)

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[6] Joseph K, Varghese S, Kalaprasad G, Thomas S, Prasannakumari L, Koshy P,

Pavithran C. Influence of interfacial adhesion on the mechanical properties and

fracture behaviour of short sisal fibre reinforced polymer composites. (1996)

European Polymer Journal, 32 (10) 1243‐1250.

[7] Martínez LM, López Manchado M, Vázquez A, Arroyo M. Efecto de distintos tipos

de fibra corta en las propiedades mecánicas de las mezclas de

polipropileno/polietileno. (2000) Jornadas SAM 2000 ‐ IV Coloquio

Latinoamericano de Fractura y Fatiga, 1017‐1024.

[8] H. L. Bos, M. J. A. Van Den Oever, O. C. J. J. Peters . Tensile and compressive

properties of flax fibres for natural fibre reinforced composites. JOURNAL OF

MATERIALS SCIENCE 37 (2002) 1683 – 1692.


V‐17

V.6. ÍNDICE DE FIGURAS.

Figura V. 1: Esquema secuencial del proceso. ............................................................................................ 2

Figura V. 2: Máquina inyectora Mateu Sole Meteor 270/55 H ................................................................. 2

Figura V. 3: Probeta obtenido a partir de máquina inyectora. ................................................................... 3

Figura V.4: Geometría nominal de las probetas ......................................................................................... 4

Figura V. 5: Balanza analítica Mettler Toledo ............................................................................................. 6

Figura V.6: Variación de la densidad con el diámetro de la fibra. ............................................................ 11

Figura V 7: Ensayo de tracción de las probetas en la máquina dinámica Microtest modelo

EFH/5/FR. .................................................................................................................................................. 13

Figura V.8: Diagrama Tensión‐Elongación del PP,PP‐MA, PP‐MA.F, PP‐MA‐FA, PP‐MA‐FB. ................... 14

V.7. ÍNDICE DE TABLAS

TablaV.1: Parámetros de inyección .......................................................................................................... 4

TablaV.2: Número de probetas obtenidas de cada material .................................................................... 5

Tabla V. 3: Pesos medios de las probetas y porcentajes de variación con respecto al

material de referencia. ............................................................................................................................. 6

TablaV 4: Dimensiones medias de las probetas ....................................................................................... 8

Tabla V 5: Valores obtenidos de la densidad de la fibra de platanera. .................................................... 9

Tabla V.6: Variaciones de la densidad en función del diámetro para los distintos

tratamientos. .......................................................................................................................................... 10

Tabla V. 7: Valores medios de tensión y módulo de elasticidad desviaciones con respecto a

la matriz referencia. ................................................................................................................................ 14

Capítulo VI: Conclusiones y Líneas Futuras de la

Investigación

Capítulo VI: Conclusiones y líneas futuras de investigación


VI. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN. ..........................1

VI.1. Conclusiones............................................................................................ 1

VI.1.1 Sobre la fibra de la platanera: ...........................................................................1

Proceso de extracción: ...............................................................................................1

Tratamiento de la fibra ..............................................................................................1

VI.1.2 Conclusiones sobre el composite ......................................................................3

VI.2. Líneas Futuras de Investigación................................................................ 5


VI‐1

VI. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN.

En este tema se presentan las conclusiones generadas en el trabajo de investigación,

tanto las tendencias generales de los materiales en cuanto a las variables

consideradas como las excepciones a esas generalizaciones.

Para facilitar la descripción de las mismas, se presentan las conclusiones en dos

apartados diferenciados: a) conclusiones obtenidas de la caracterización de la fibra

de platanera y b) conclusiones obtenidas del estudio del composite elaborado.

VI.1. CONCLUSIONES

VI.1.1 SOBRE LA FIBRA DE LA PLATANERA:

PROCESO DE EXTRACCIÓN:

El trabajo descrito en los apartados anteriores permite concluir que la mayor

cantidad de fibra de la platanera canaria se encuentra en la cara externa de las hojas

de su pseudotronco.

Se estudiaron diversos métodos para la extracción de la ya mencionada fibra de la

platanera. De cada uno de ellos se obtuvieron resultados diversos y poco

satisfactorios, en cuanto a la cantidad y calidad de fibra obtenida así como a la

lentitud de los procesos estudiados. No obstante, se puede concluir que más eficaz

fue el de extracción mecánica, ya que se permitía obtener una mayor cantidad de

fibra y en mejores condiciones.

TRATAMIENTO DE LA FIBRA

Del análisis de los diferentes tratamientos realizados a la fibra de platanera canaria

se obtuvieron las siguientes conclusiones:

En general, un aumento en la concentración de NaOH en el tratamiento alcalino

supone:

Aumento de la eficiencia de eliminación de sustancias tales como lignina,

pectina y hemicelulosas, que deben eliminarse antes de ser usadas las fibras

como refuerzo de matrices poliméricas.

Aumento de la temperatura de degradación de la fibra (Tabla III.22).



VI‐2

Disminución de la resistencia a la tracción de la fibra. (Tabla III.24).

Aumento del módulo elástico de la fibra. (Tabla III.24).

Sin embargo, un análisis más profundo de los valores de concentración de NaOH

estudiados, permite distinguir lo siguiente:

Los tratamientos con NaOH 1N (PT) y NaOH 4N (PT), no presentaron

variaciones importantes en cuanto a la eliminación de estas sustancias

(Figura III.20). Se observó que, aunque la concentración de álcali tenía

influencia en la eficiencia de eliminación de las sustancias no fibrosa, el uso

de concentraciones 1N(PT) y 4N(PT) de NaOH producía similares resultados,

de ahí que se proponga como más adecuado a los fines de la tesis el

tratamiento con NaOH 1 N (PT).

La fibra tratada con NaOH 4N (PT) presentó una considerable disminución en

el valor del módulo elástico (18,8 y 24,4 GPa) (véase Tabla III.24).

El estudio de las muestras tratadas con la adición del Anhídrido Maleico permite

afirmar que:

La reacción de esterificación sólo se lleva a cabo sobre la fibra virgen y

tratada previamente con NaOH 0,1N (Figuras III.22, III.23), no apareciendo el

pico respuesta del grupo carbonilo, característico de la reacción en las fibras

tratadas con concentraciones más altas (Figuras III.24, III.25).

Se verifica un aumento de la temperatura de degradación de la fibra. (Tabla

III.22).

Aumenta la rigidez de los materiales (Tabla III.24)

En definitiva, se concluye que al añadirle el anhídrido maleico a las fibras, la

resistencia a tracción aumenta para la fibra sin tratar y tratada con NaOH 0,1N,

(976,3 y 867,3 MPa, respectivamente), pero disminuye para las tratadas con altas

concentraciones de álcali (564 MPa para la NaOH 1N (PT) y 441 MPa para la NaOH

4N(PT)) (Tabla III.24).

Ahora bien, se presentaron las siguientes excepciones:

La fibra con NaOH 1N y NaOH 4N no presentan diferencias significativas en la

temperatura de degradación (328oC y 330oC respectivamente) (Tabla III.22).


VI‐3

La fibra tratada con NaOH 4N disminuye su valor en el módulo elástico (Tabla III.24).

El uso de presión y temperatura en los tratamientos de la fibra manifestaron la

siguiente influencia:

Las muestras tratadas con mayor presión presentan más eficacia en la

eliminación de sustancias de la fibra. (Figuras III.15, III.16 y III.17).

La temperatura de degradación aumenta. (Tabla III).

Todo esto se podría resumir en que la fibra con mejores propiedades para ser

integrada en la matriz polimérica es la tratada con NaOH 1N (PT).

VI.1.2 CONCLUSIONES SOBRE EL COMPOSITE

De forma general, y como es de esperar, la viscosidad del polipropileno reforzado

con fibra de platanera canaria disminuye al aumentar la temperatura.

La comparativa de los valores de la viscosidad determinada mediante el ensayo de

reometría capilar arroja valores discrepantes según el intervalo de velocidades de

cizalla y en todas las temperaturas. Así, para valores de velocidad de corte menores

de 1000 s‐1 el valor de la viscosidad varía entre materiales, apreciándose que esta

diferencia disminuye en valores de cizalla altos (Figuras IV.5, IV.6, IV.7 y IV.8).

Llama la atención que el material sin refuerzo tenga una viscosidad a 190oC y 200o C

mayor que cualquiera de los otros materiales estudiados. De forma general, los

materiales reforzados presentan un aumento en la viscosidad, cosa que no ocurre en

este caso. Ello lleva a pensar que los valores de viscosidad de los materiales

reforzados ensayados están siendo más bajos que el material sin refuerzo. Esto

puede ser debido a la porosidad importante que presenta la granza generada

(atrapamiento de aire). (Véanse Figuras IV.27 y IV.28).

Para 210oC el material más viscoso es el PP‐PPMA‐FB, aunque en todas las gráficas se

aprecian valores muy similares entre ambos materiales. Generalmente suele ocurrir

que los materiales con refuerzo aumentan su viscosidad (Figura IV.29).

Cuando se obtienen valores de viscosidad al aplicar el modelo reológico del molde en

espiral y se compara con los valores obtenidos de las bases de datos del PP, se

deduce, que de forma general todos los materiales aumentan su viscosidad por

encima de la referencia para el intervalo de cizalla estudiado (1000‐3600 s‐1). Los

valores de viscosidades máximas son del orden de 95 Pa.s para el PP‐PPMA sin



VI‐4

reforzar, de 106 Pa∙s para el PP‐PPMA‐F, y 128 Pa.s para el PP‐PPMA‐FB. Esto supone

un incremento superior al 10% y 30% respectivamente en los valores de viscosidad

para velocidades de cizalla en torno a 1000 s‐1, con respecto al material sin reforzar.

Este aspecto está en consonancia con la generalidad del concepto (los materiales

reforzados presentan un aumento en la viscosidad), pero cabe hacer notar que entra

en contradicción con los resultados obtenidos por reometría capilar.

En el análisis del peso de las probetas de material composite, resultó que el

tratamiento B al que se sometió la fibra de platanera canaria fue el que más aumento

experimentó (véase Tabla V.3), debido a que fue el material que mayor valor de

densidad aparente de la fibra tratada(1,28 g/cm3 ) presentaba, según los ensayos

realizados (Tabla V.5).

Por otro lado, y en general, se observa que los materiales reforzados con fibra se

contraen menos. La contracción con respecto a las medidas del molde, para el

material sin refuerzo está comprendida entre el 1,6 y 1,8 %. Para el material

reforzado con fibra sin tratar está entre el 1,2 y 1,4%. En el caso de los materiales

reforzados con fibras tratadas, las probetas no han presentado diferencias

significativas entre ellas, teniendo una contracción comprendida entre el 1,0 y el

1,2%. El material con mayor estabilidad dimensional fue el PP‐PPMA‐B.

En lo que respecta a los ensayos mecánicos realizados se puede concluir que se

verifica un aumento de los valores obtenidos en los mismos para todos los materiales

que se encuentran reforzados con fibra.

Sobre la tensión máxima se puede afirmar que la inclusión del refuerzo no ha

representado variaciones muy significativas, aunque la fibra con el tratamiento B

(NaOH 1N(PT)) parece haber mejorado de forma apreciable esta propiedad

obteniéndose un valor de 25,6 MPa, lo que implica un aumento de un 8,5% respecto

del valor obtenido para el PP sin reforzar. Esto lleva a concluir que el tratamiento con

álcali mejora el comportamiento de la fibra, produciendo una interfase fibra‐matriz

más resistente y como consecuencia, permitiendo que la transferencia de carga de la

matriz a la fibra se realice de forma más efectiva.

Debe observarse, sin embargo, que el incremento en la resistencia del material

debido a la mejora interfacial por la reacción química entre el agente de

acoplamiento en la fibra (PP‐PPMA‐FA) y el polímero, no es tan apreciable, ya que

sólo aumenta un 1,4% con respecto al material referencia (PP sin reforzar) como en


VI‐5

el caso de la mejora obtenida por la modificación superficial de la fibra por el lavado

con la solución de sosa caústica (Tratamiento B).

Las probetas reforzadas con fibras sin tratar experimentan un ligero descenso del 5 %

en el valor de la tensión de ruptura con respecto a la referencia (PP sin reforzar). Esto

puede ser debido que al tratarse de fibras cortas, sin tratamientos previos para la

mejora de la compatibilidad de ésta con la matriz, se están produciendo defectos en

la interfase lo que hace que disminuya las propiedades finales del compuesto.

Los valores del módulo elástico llevan a concluir que los refuerzos en el PP‐PPMA

aumentan la rigidez de los materiales. Además las fibras tratadas también tienen

influencia sobre la rigidez puesto que son estos materiales de los que se obtienen los

valores más altos. En el caso del PP‐PPMA se obtiene un aumento en la rigidez del

29,1 % y para el PP‐PPMA‐B un 25,8 % con respecto al material de referencia. Cuando

se utiliza fibra sin tratar el valor del módulo elástico también aumenta, en un 7,1%.

En definitiva, se puede concluir que la fibra de platanera canaria presenta un elevado

potencial para su uso como refuerzo de matrices poliméricas, previo tratamiento

alcalino con presión y temperatura de la fibra virgen. No obstante, estas

investigaciones deben continuarse, fundamentalmente para encontrar el mejor

tratamiento que permita el empleo industrial de este proceso, que ha sido validado

experimentalmente en la presente tesis.

VI.2. LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN.

Como se mencionó en el apartado anterior, la investigación llevada a cabo, si bien ha

cumplido los objetivos iniciales que tenía previsto, ha abierto una línea de trabajo

que debe seguir siendo investigada para una consecución industrial del

procedimiento definido. Para ello se plantean algunas posibles líneas de investigación

en los siguientes párrafos:

Uso de mayores proporciones de fibra (20‐30%) en peso: En la presente tesis

se ha utilizado un composite con un 15 % en peso de fibra de platanera. Se

plantea fabricar composites con mayores contenidos en fibra y analizar su

influencia.



VI‐6

Empleo de otros tipos de tratamientos químicos a la fibra (como por ejemplo,

tratamiento con silano) para mejorar su limpieza y garantizar una mejor

adherencia a la matriz.

Análisis del empleo de tamaños diferentes de fibra en la generación del

composite que facilite su obtención y mantenga esa mejora de las

propiedades mecánicas conseguidas con los tamaños empleados en este

trabajo.

Uso de otra tipología de matrices, por ejemplo de origen natural,

bioplásticos, aumentando la sostenibilidad de la propuesta. La matriz

utilizada en este estudio ha sido PP‐PPMA. Se plantea analizar la viabilidad e

influencia que podría tener un refuerzo natural (fibra) sobre los

denominados biopolímeros.

Anexo Capítulo IV

Anexo IV‐1

Tabla IV. 1A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 190oC

PP‐PPMA 190ºC

Velocidad (mm/s) ϒa (s‐1) ϒb (s‐1) ϒc (s‐1) ϒd (s‐1) ϒe (s‐1) ηa (Pa,s) ηb (Pa,s) ηc (Pa,s) ηd (Pa,s) ηe (Pa,s)

0,075 89 81 89 86 86 503 159 217 141 339

0,1 127 112 119 114 114 416 202 191 142 339

0,25 329 315 327 311 466 336 182 167 134 213

0,5 1025 620 551 619 850 161 144 144 107 113

0,75 3089 938 874 966 1202 49 134 132 96 81

1 1753 1503 1445 1417 1583 99 101 121 76 69

1,5 2629 2136 2384 2106 2725 73 83 90 64 48

2 2848 3179 2873 3782 74 73 54 36

3 ‐6594 4734 ‐29 34

4 ‐8792 6312 ‐16 28

5

Figura IV. 1A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 190oC

Anexo IV‐2


Figura IV. 2A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad

del PP‐PPMA a 200 oC

PP‐PPMA 200ºC

Velocidad (mm/s) ϒa (s‐1) ϒb (s‐1) ηa (Pa,s) ηb (Pa,s)

0,075 95 87 387 316

0,1 192 142 184 250

0,25 379 339 141 176

0,5 748 1083 98 84

0,75 1146 1327 76 63

1 1605 1559 61 58

1,5 2341 2271 49 48

2 3375 3061 38 40

3 5184 4591 29 32

4 7153 23

5 8941 19

Anexo IV‐3


Figura IV. 3A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA

a 210 oC

PP‐PPMA 210ºC


0,075 95 87 387 316

0,1 192 142 184 250

0,25 379 339 141 176

0,5 748 1083 98 84

0,75 1146 1327 76 63

1 1605 1559 61 58

1,5 2341 2271 49 48

2 3375 3061 38 40

3 5184 4591 29 32

4 7153 23

5 8941 19

Anexo IV‐4

Tabla IV. 4A: Valores representativos y viscosidad calculada con el modelo de 2º orden de los

ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA.

Datos Reómetro Capilar PP‐PPMA

Puntos T (�C) V (mm/s) ɣap (1/s) ηap medida (Pa∙s) ηap calculada (Pa∙s) Error (%)

M1P01 0,075 114 339 406,52 16,609

M1P02 0,1 466 213 165,79 ‐28,477

M1P03 0,25 850 113 110,69 ‐2,085

M1P04 0,5 1202 81 87,19 7,103

M1P05 0,75 1583 69 71,92 4,058

M1P06 1 2725 48 48,81 1,65

M1P07 1,5 3782 36 38,43 6,327

M1P08 2 4734 34 32,56 ‐4,427

M1P09

190

3 6312 28 26,26 ‐6,633

M1P10 0,075 95 387 305,75 ‐26,573

M1P11 0,1 192 184 210,46 12,572

M1P12 0,25 379 141 144,3 2,286

M1P13 0,5 748 98 97,36 ‐0,655

M1P14 0,75 1146 76 75,44 ‐0,746

M1P15 1 1605 61 61,4 0,648

M1P16 1,5 2341 49 48,52 ‐0,997

M1P17 2 3375 38 38,43 1,13

M1P18 3 5184 29 29,07 0,239

M1P19 4 7153 23 23,48 2,027

M1P20

200

5 8941 19 20,2 5,946

M1P21 0,075 89 217 216,92 ‐0,038

M1P22 0,1 137 165 179,71 8,186

M1P23 0,25 343 123 117,85 ‐4,373

M1P24 0,5 715 85 82,31 ‐3,271

M1P25 0,75 1140 64 64,89 1,376

M1P26 1 1581 52 54,68 4,906

M1P27 1,5 2315 42 44,58 5,781

M1P28 2 2653 41 41,39 0,934

M1P29 3 4106 36 32,48 ‐10,838

M1P30 4 6490 26 25,01 ‐3,941

M1P31

210

5 8113 22 21,97 ‐0,159

Anexo IV‐5

Figura IV. 4A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad calculada del

PP‐PPMA a 190oC, 200oC y 210oC

Anexo IV‐6

Tabla IV. 5A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐F a 190oC

Figura IV. 5A: Representación gráfica a 190oC

PP‐PPMA ‐F 190ºC

Velocidad (mm/s) ϒa (s‐1) ϒb (s‐1) ϒc (s‐1) ηa (Pa,s) ηb (Pa,s) ηc (Pa,s)

0,075 82 88 83 138 372 118

0,1 121 157 115 154 256 132

0,25 324 385 316 119 160 115

0,5 679 790 674 88 104 85

0,75 1095 1263 1073 67 75 66

1 1534 1695 1461 54 62 55

1,5 2236 2368 2148 45 51 46

2 2957 3268 3059 38 42 37

3 3171 4662 4608 44 34 30

4 4228 6445 6512 60 28 24

5 8057 8140 24 20

10

100

1000

100 1000 10000

η (Pa.s)

(s‐1)

PP‐PPMA‐F 190ºC

Serie a

Serie b

Serie c

Anexo IV‐7



Velocidad (mm/s) ϒa (s‐1) ϒb (s‐1) ϒc (s‐1) ϒd (s‐1) ηa (Pa,s) ηb (Pa,s) ηc (Pa,s) ηd (Pa,s)

0,075 82 87 80 89 309 233 223 207

0,1 157 131 120 130 271 203 283 170

0,25 422 340 374 341 131 148 184 128

0,5 776 720 797 723 95 102 106 86

0,75 1146 1442 1049 1116 75 60 97 67

1 1107 1840 1399 1470 89 48 86 58

1,5 3016 2235 2050 57 47 51

2 3024 2303 40 54

3 4536 3686 32 54

4 4914 47

Figura IV. 6A: Representación gráfica a 200oC

Anexo IV‐8


Figura IV. 7A: Representación gráfica del PP‐PPMA‐F a 210oC


Velocidad (mm/s) ϒa (s‐1) ϒb (s‐1)

ηa (Pa,s) ηb (Pa,s)

0,075 87 87 196 166

0,1 130 127 167 147

0,25 337 333 125 113

0,5 693 684 89 81

0,75 1074 1063 71 65

1 1588 1515 55 52

1,5 2399 2215 43 43

2 3179 2978 36 37

3 4768 4386 29 30

4 5582 27

5 6977 25

10

100

1000

100 1000 10000

η (Pa.s)

(s‐1)


Serie a

Serie b

Anexo IV‐9


ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐F

Datos Reómetro Capilar PP‐PPMA‐F

Puntos T (�C)

V (mm/s) ɣap (1/s) ηap medida (Pa∙s) ηap calculada (Pa∙s) Error (%)

M2P01 0,075 88 372 332,97 ‐11,72

M2P02 0,1 157 256 247,69 ‐3,356

M2P03 0,25 385 160 153,09 ‐4,511

M2P04 0,5 790 104 102,07 ‐1,89

M2P05 0,75 1263 75 77,6 3,345

M2P06 1 1695 62 65,09 4,747

M2P07 1,5 2368 51 53,11 3,981

M2P08 2 3268 42 43,51 3,466

M2P09 3 4662 34 34,77 2,22

M2P10 4 6445 28 28,24 0,848

M2P11

190

5 8057 24 24,42 1,7

M2P12 0,075 89 207 231,48 10,576

M2P13 0,1 130 170 196,51 13,492

M2P14 0,25 341 128 126,7 ‐1,028

M2P15 0,5 723 86 88,03 2,307

M2P16 0,75 1116 67 70,71 5,245

M2P17 1 1470 58 61,32 5,419

M2P18 1,5 2050 51 51,46 0,892

M2P19

200

2 4914 47 31,87 ‐47,46

M2P20 0,075 87 166 165,16 ‐0,507

M2P21 0,1 127 147 144,38 ‐1,815

M2P22 0,25 333 113 100,25 ‐12,723

M2P23 0,5 684 81 74,77 ‐8,326

M2P24 0,75 1063 65 61,94 ‐4,939

M2P25 1 1515 52 52,99 1,861

M2P26 1,5 2215 43 44,61 3,601

M2P27 2 2978 37 38,87 4,818

M2P28 3 4386 30 32,32 7,191

M2P29 4 5582 27 28,74 6,059

M2P30

210

5 6977 25 25,74 2,859

Anexo IV‐10


PP‐PPMA‐F a 190oC, 200oC y 210oC

Anexo IV‐11

Tabla IV. 9A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA a 190oC

Figura IV. 9A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA

a 190 oC

PP‐PPMA ‐FA 190ºC


0,075 65 90 88 12,4 432 281

0,1 125 163 143 396 273 210

0,25 428 392 362 153 174 142

0,5 802 798 741 106 112 95

0,75 1214 1231 1124 81 84 75

1 1675 1700 1602 66 67 60

1,5 2503 2453 2324 51 54 48

2 3338 3549 3295 42 42 39

3 5323 4646 31 32

4 6050 28

5 7563 24

10

100

1000

100 1000 10000

η (Pa.s)

(s‐1)

PP‐PPMA‐FA 190ºC

Serie a

Serie b

Serie c

Anexo IV‐12




0,075 88 89 89 321 408 360

0,1 151 161 155 231 266 240

0,25 376 395 384 148 165 155

0,5 776 825 787 97 103 99

0,75 1194 1304 1231 73 74 74

1 1616 1794 1730 61 59 58

1,5 2440 2538 2480 47 48 47

2 3253 3443 3437 39 39 37

3 4929 4975 31 30

4 6568 6633 26 25

Figura IV. 10A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐

FA a 200 oC

Anexo IV‐13




0,075 89 89 88 318 327 247

0,1 153 152 141 219 228 189

0,25 374 375 362 144 148 128

0,5 737 790 753 99 95 84

0,75 1157 1242 1203 76 69 62

1 1541 1642 1704 63 58 48

1,5 2208 2361 2447 54 48 39

2 2944 3193 3290 46 39 32

3 4641 4664 32 27

4 6188 6218 27 23


FA a 210 oC

Anexo IV‐14


ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐FA

Datos Reómetro Capilar PP‐PPMA‐FA

Puntos T (�C)

V (mm/s) ɣap (1/s)

ηap medida (Pa∙s) ηap calculada (Pa∙s) Error (%)

M4E2P01 0,075 90 432 416,07 ‐3,83

M4E2P02 0,1 163 273 295,06 7,476

M4E2P03 0,25 392 174 173,81 ‐0,108

M4E2P04 0,5 798 112 111,11 ‐0,802

M4E2P05 0,75 1231 84 83,88 ‐0,14

M4E2P06 1 1700 67 67,76 1,127

M4E2P07 1,5 2453 54 52,95 ‐1,975

M4E2P08 2 3549 42 41,12 ‐2,138

M4E2P09

190

3 5323 31 30,99 ‐0,027

M4E2P10 0,075 89 360 338,22 ‐6,439

M4E2P11 0,1 155 240 250,14 4,052

M4E2P12 0,25 384 155 149,4 ‐3,751

M4E2P13 0,5 787 99 97,47 ‐1,569

M4E2P14 0,75 1231 74 74,04 0,06

M4E2P15 1 1730 58 59,81 3,02

M4E2P16 1,5 2480 47 47,51 1,071

M4E2P17 2 3437 37 38,42 3,697

M4E2P18 3 4975 30 30,08 0,25

M4E2P19

200

4 6633 25 24,78 ‐0,882

M4E2P20 0,075 88 247 253,02 2,38

M4E2P21 0,1 141 189 199,11 5,078

M4E2P22 0,25 362 128 120,6 ‐6,138

M4E2P23 0,5 753 84 80,04 ‐4,941

M4E2P24 0,75 1203 62 61,01 ‐1,621

M4E2P25 1 1704 48 49,63 3,279

M4E2P26 1,5 2447 39 39,87 2,182

M4E2P27 2 3290 32 33,23 3,687

M4E2P28 3 4664 27 26,7 ‐1,127

M4E2P29

210

4 6218 23 22,23 ‐3,468

Anexo IV‐15


PP‐PPMA‐FA a 190oC, 200oC y 210oC

Anexo IV‐16

Tabla IV. 13A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FB a 190oC

PP‐PPMA ‐FB 190ºC


0,075 88 86 88 289 179 260

0,1 139 119 147 220 177 190

0,25 352 337 356 153 142 130

0,5 725 720 706 105 92 93

0,75 1084 1095 1066 84 74 76

1 1558 1568 1528 68 59 61

1,5 2340 2284 2249 53 49 49

2 3253 2966 3027 43 43 42

3 5011 4677 33 33

4 6863 6538 26 26

5 8579 8172 23 23


FB a 190 oC

Anexo IV‐17


PP‐PPMA‐FB 200ºC


0,075 84 86 201 206

0,1 132 131 190 183

0,25 348 340 129 132

0,5 665 700 96 94

0,75 1016 1107 83 72

1 1513 1537 64 59

1,5 2301 2312 51 47

2 3254 3206 40 38

3 4838 4632 32 31

4 6451 6177 26 26


FB a 200 oC

Anexo IV‐18


PP‐PPMA‐FB 210ºC


0,075 86 85 177 161

0,1 127 121 159 160

0,25 328 327 123 127

0,5 676 690 91 91

0,75 1096 1070 70 71

1 1568 1513 55 59

1,5 2276 2209 45 48

2 3316 2971 35 41

3 4974 4297 27 34

4 6632 5730 22 30

5 8290 20


FB a 210 oC

Anexo IV‐19


ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐FB

Datos Reómetro Capilar PP‐PPMA‐FB

Puntos T (�C)

V (mm/s) ɣap (1/s) ηap medida (Pa∙s) ηap calculada (Pa∙s) Error (%)

M3P01 0,075 88 260 233,93 ‐11,144

M3P02 0,1 147 190 194,61 2,368

M3P03 0,25 356 130 134,67 3,466

M3P04 0,5 706 93 96,89 4,014

M3P05 0,75 1066 76 78,01 2,574

M3P06 1 1528 61 63,81 4,409

M3P07 1,5 2249 49 50,83 3,597

M3P08 2 3027 42 42,32 0,753

M3P09 3 4677 33 31,94 ‐3,327

M3P10 4 6538 26 25,44 ‐2,187

M3P11

190

5 8172 23 21,76 ‐5,712

M3P12 0,075 86 206 212,57 3,09

M3P13 0,1 131 183 184,48 0,804

M3P14 0,25 340 132 126,77 ‐4,122

M3P15 0,5 700 94 90,79 ‐3,538

M3P16 0,75 1107 72 71,83 ‐0,234

M3P17 1 1537 59 60,1 1,83

M3P18 1,5 2312 47 47,55 1,157

M3P19 2 3206 38 39,03 2,64

M3P20 3 4632 31 30,93 ‐0,242

M3P21

200

4 6177 26 25,58 ‐1,653

M3P22 0,075 86 177 187,58 5,642

M3P23 0,1 127 159 165,64 4,007

M3P24 0,25 328 123 116,12 ‐5,923

M3P25 0,5 676 91 84,28 ‐7,973

M3P26 0,75 1096 70 66,42 ‐5,391

M3P27 1 1568 55 54,99 ‐0,026

M3P28 1,5 2276 45 44,67 ‐0,739

M3P29 2 3316 35 35,8 2,225

M3P30 3 4974 27 27,83 2,991

M3P31 4 6632 22 23,09 4,724

M3P32

210

5 8290 20 19,88 ‐0,587

Anexo IV‐20


PP‐PPMA‐FB a 190oC, 200oC y 210oC

Anexo IV‐21

Tabla IV. 17A Medida de la‐ longitud de las espirales de PP‐PPMA, PP‐PPMA‐F, PP‐PPMA‐FB, PP‐PPMA‐FA.

lespiral (cm)

Espiral Tinyección (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F % PP‐PPMA‐FB % PP‐PPMA‐FA %

C01

E‐01 190 25 40 25 24,50 2,00 21,5 14,00 21,25 15,00

E‐02 190 25 40 24,5 24,75 ‐1,02 21,75 11,22 21,25 13,27

C02

E‐01 190 50 40 20,75 22,00 ‐6,02 19,5 6,02 17,50 15,66

E‐02 190 50 40 21 22,00 ‐4,76 19,5 7,14 18,00 14,29

C03

E‐01 190 75 40 17,5 19,25 ‐10,00 16,5 5,71 15,25 12,86

E‐02 190 75 40 17,5 19,00 ‐8,57 16,5 5,71 15,50 11,43

C04

E‐01 190 25 60 34,75 34,75 0,00 31 10,79 31,75 8,63

E‐02 190 25 60 34,75 34,75 0,00 31 10,79 31,75 8,63

C05

E‐01 190 50 60 31,75 32,50 ‐2,36 28,75 9,45 29,75 6,30

E‐02 190 50 60 32 32,50 ‐1,56 28,75 10,16 29,50 7,81

C06

E‐01 190 75 60 28,75 29,00 ‐0,87 26,25 8,70 26,50 7,83

E‐02 190 75 60 28,5 29,25 ‐2,63 26,25 7,89 26,75 6,14

C07

E‐01 190 25 80 44,5 43,50 2,25 41 7,87 41,50 6,74

E‐02 190 25 80 44,5 43,75 1,69 40,75 8,43 41,75 6,18

C08

E‐01 190 50 80 41,5 40,50 2,41 38,75 6,63 38,50 7,023

Anexo IV‐22

lespiral (cm)


E‐02 190 50 80 41,25 40,75 1,21 38,75 6,06 38,75 6,06

C09

E‐01 190 75 80 39,25 38,75 1,27 36,5 7,01 36,50 7,01

E‐02 190 75 80 39,25 38,50 1,91 36,25 7,64 36,50 7,01

C10

E‐01 200 25 40 26,75 26,50 0,93 23,75 11,21 24,00 10,28

E‐02 200 25 40 26,75 26,50 0,93 24 10,28 24,50 8,41

C11

E‐01 200 50 40 23,75 23,50 1,05 21,5 9,47 21,00 11,58

E‐02 200 50 40 23,75 23,25 2,11 21,5 9,47 21,00 11,58

C12

E‐01 200 75 40 20,25 20,25 0,00 18,5 8,64 17,50 13,58

E‐02 200 75 40 20,5 19,50 4,88 18,5 9,76 17,00 17,07

C13

E‐01 200 25 60 36,5 36,00 1,37 33,5 8,22 34,00 6,85

E‐02 200 25 60 36,5 35,75 2,05 33,75 7,53 34,50 5,48

C14

E‐01 200 50 60 34,25 33,50 2,19 31,5 8,03 31,75 7,30

E‐02 200 50 60 34,25 33,75 1,46 31,5 8,03 31,50 8,03

C15

E‐01 200 75 60 31 29,75 4,03 28,75 7,26 28,50 8,06

E‐02 200 75 60 31,25 30,00 4,00 28,5 8,80 28,50 8,80

C16

E‐01 200 25 80 48 46,50 3,13 43 10,42 44,50 7,29

E‐02 200 25 80 48 45,75 4,69 43,25 9,90 44,50 7,29

Anexo IV‐23

lespiral (cm)


C17

E‐01 200 50 80 44,5 43,25 2,81 40,5 8,99 41,75 6,18

E‐02 200 50 80 44,75 43,00 3,91 40,75 8,94 42,00 6,15

C18

E‐01 200 75 80 41,75 41,00 1,80 39,25 5,99 39,25 5,99

E‐02 200 75 80 41,75 41,00 1,80 39 6,59 39,00 6,59

C19

E‐01 210 25 40 28,5 26,75 6,14 25 12,28 26,00 8,77

E‐02 210 25 40 28,25 27,00 4,42 25 11,50 25,50 9,73

C20

E‐01 210 50 40 25 24,25 3,00 22,75 9,00 22,50 10,00

E‐02 210 50 40 25 23,75 5,00 23 8,00 22,75 9,00

C21

E‐01 210 75 40 22 20,75 5,68 19,75 10,23 20,00 9,09

E‐02 210 75 40 22 21,00 4,55 19,5 11,36 19,75 10,23

C22

E‐01 210 25 60 39,5 37,75 4,43 35,75 9,49 36,75 6,96

E‐02 210 25 60 39,5 37,25 5,70 35 11,39 35,75 9,49

C23

E‐01 210 50 60 36,75 34,50 6,12 33,25 9,52 33,75 8,16

E‐02 210 50 60 36,75 34,50 6,12 33,5 8,84 34,00 7,48

C24

E‐01 210 75 60 33,5 31,50 5,97 29,75 11,19 30,75 8,21

E‐02 210 75 60 33,25 31,00 6,77 30,25 9,02 30,75 7,52

C25

Anexo IV‐24

lespiral (cm)


E‐01 210 25 80 50,5 48,50 3,96 45,5 9,90 47,25 6,44

E‐02 210 25 80 50,5 49,00 2,97 45 10,89 47,50 5,94

C26

E‐01 210 50 80 46,5 45,50 2,15 42,5 8,60 44,25 4,84

E‐02 210 50 80 46,5 45,25 2,69 42,5 8,60 44,50 4,30

C27

E‐01 210 75 80 44,25 42,00 5,08 40,5 8,47 41,25 6,78

E‐02 210 75 80 43,75 42,00 4,00 40,5 7,43 41,25 5,71

C28

E‐01 240 25 40 29,25 30,75 ‐5,13 28,25 3,42 30,75 ‐5,13

E‐02 240 25 40 29 31,00 ‐6,90 28,75 0,86 30,50 ‐5,17

C29

E‐01 240 50 40 27,5 27,75 ‐0,91 25,75 6,36 27,75 ‐0,91

E‐02 240 50 40 27,5 27,75 ‐0,91 25,5 7,27 27,75 ‐0,91

C30

E‐01 240 75 40 24 23,00 4,17 22 8,33 23,75 1,04

E‐02 240 75 40 23,25 23,50 ‐1,08 22,5 3,23 24,50 ‐5,38

C31

E‐01 240 25 60 43,75 43,75 0,00 40,75 6,86 42,75 2,29

E‐02 240 25 60 43,75 43,00 1,71 41 6,29 42,75 2,29

C32

E‐01 240 50 60 40,5 39,25 3,09 37 8,64 39,00 3,70

E‐02 240 50 60 40,5 39,00 3,70 37 8,64 38,75 4,32

C33

E‐01 240 75 60 37,25 35,50 4,70 34,5 7,38 36,00 3,36

Anexo IV‐25

lespiral (cm)


E‐02 240 75 60 37,5 36,00 4,00 33,75 10,00 35,75 4,67

C34

E‐01 240 25 80 57,5 55,75 3,04 52,5 8,70 54,75 4,78

E‐02 240 25 80 58 55,00 5,17 51,5 11,21 55,50 4,31

C35

E‐01 240 50 80 51,75 51,50 0,48 48,75 5,80 51,50 0,48

E‐02 240 50 80 52 51,50 0,96 48,75 6,25 51,50 0,96

C36

E‐01 240 75 80 48,25 47,50 1,55 44,75 7,25 48,50 ‐0,52

E‐02 240 75 80 48 47,00 2,08 45 6,25 47,75 0,52

Anexo IV‐26

Tabla IV. 18A Medida de tiempo del recorrido del flujo entre transductores para la formación de las espirales de PP‐PPMA, PP‐PPMA‐F, PP‐PPMA‐FB, PP‐

PPMA‐FA.

tinyección (s)

Espiral tiny (ºC) Vmáx (%) Plím (%) PP‐PPMA PP‐PPMA‐F % PP‐PPMA‐FB % PP‐PPMA‐FA %

C01

E‐01 190 25 40 0,91 0,95 ‐4,40 0,85 6,59 0,87 4,40

E‐02 190 25 40 0,91 0,95 ‐4,40 0,85 6,59 0,87 4,40

C02

E‐01 190 50 40 0,38 0,42 ‐

10,53 0,39 ‐2,63 0,37 2,63

E‐02 190 50 40 0,38 0,42 ‐

10,53 0,39 ‐2,63 0,37 2,63

C03

E‐01 190 75 40 0,23 0,27 ‐

17,39 0,23 0,00 0,23 0,00

E‐02 190 75 40 0,23 0,27 ‐

17,39 0,23 0,00 0,23 0,00

C04

E‐01 190 25 60 1,17 1,18 ‐0,85 1,12 4,27 1,18 ‐0,85

E‐02 190 25 60 1,17 1,18 ‐0,85 1,12 4,27 1,18 ‐0,85

C05

E‐01 190 50 60 0,55 0,59 ‐7,27 0,54 1,82 0,55 0,00

Anexo IV‐27

tinyección (s)


E‐02 190 50 60 0,55 0,59 ‐7,27 0,54 1,82 0,55 0,00

C06

E‐01 190 75 60 0,36 0,37 ‐2,78 0,35 2,78 0,35 2,78

E‐02 190 75 60 0,36 0,37 ‐2,78 0,35 2,78 0,35 2,78

C07

E‐01 190 25 80 1,42 1,37 3,52 1,34 5,63 1,41 0,70

E‐02 190 25 80 1,42 1,37 3,52 1,34 5,63 1,41 0,70

C08

E‐01 190 50 80 0,69 0,69 0,00 0,67 2,90 0,67 2,90

E‐02 190 50 80 0,69 0,69 0,00 0,67 2,90 0,67 2,90

C09

E‐01 190 75 80 0,46 0,47 ‐2,17 0,45 2,17 0,45 2,17

E‐02 190 75 80 0,46 0,47 ‐2,17 0,45 2,17 0,45 2,17

C10

E‐01 200 25 40 0,94 0,96 ‐2,13 0,89 5,32 0,95 ‐1,06

E‐02 200 25 40 0,94 0,96 ‐2,13 0,89 5,32 0,95 ‐1,06

C11

Anexo IV‐28

tinyección (s)


E‐01 200 50 40 0,42 0,44 ‐4,76 0,41 2,38 0,41 2,38

E‐02 200 50 40 0,42 0,44 ‐4,76 0,41 2,38 0,41 2,38

C12

E‐01 200 75 40 0,26 0,26 0,00 0,26 0,00 0,25 3,85

E‐02 200 75 40 0,26 0,26 0,00 0,26 0,00 0,25 3,85

C13

E‐01 200 25 60 1,23 1,19 3,25 1,14 7,32 1,23 0,00

E‐02 200 25 60 1,23 1,19 3,25 1,14 7,32 1,23 0,00

C14

E‐01 200 50 60 0,58 0,59 ‐1,72 0,57 1,72 0,58 0,00

E‐02 200 50 60 0,58 0,59 ‐1,72 0,57 1,72 0,58 0,00

C15

E‐01 200 75 60 0,38 0,38 0,00 0,37 2,63 0,37 2,63

E‐02 200 75 60 0,38 0,38 0,00 0,37 2,63 0,37 2,63

C16

E‐01 200 25 80 1,48 1,43 3,38 1,39 6,08 1,46 1,35

E‐02 200 25 80 1,48 1,43 3,38 1,39 6,08 1,46 1,35

C17

Anexo IV‐29

tinyección (s)


E‐01 200 50 80 0,72 0,71 1,39 0,69 4,17 0,71 1,39

E‐02 200 50 80 0,72 0,71 1,39 0,69 4,17 0,71 1,39

C18

E‐01 200 75 80 0,48 0,48 0,00 0,47 2,08 0,47 2,08

E‐02 200 75 80 0,48 0,48 0,00 0,47 2,08 0,47 2,08

C19

E‐01 210 25 40 0,97 0,98 ‐1,03 0,94 3,09 1,00 ‐3,09

E‐02 210 25 40 0,97 0,98 ‐1,03 0,94 3,09 1,00 ‐3,09

C20

E‐01 210 50 40 0,44 0,45 ‐2,27 0,43 2,27 0,45 ‐2,27

E‐02 210 50 40 0,44 0,45 ‐2,27 0,43 2,27 0,45 ‐2,27

C21

E‐01 210 75 40 0,28 0,28 0,00 0,27 3,57 0,28 0,00

E‐02 210 75 40 0,28 0,28 0,00 0,27 3,57 0,28 0,00

C22

E‐01 210 25 60 1,25 1,23 1,60 1,19 4,80 1,30 ‐4,00

E‐02 210 25 60 1,25 1,23 1,60 1,19 4,80 1,30 ‐4,00

Anexo IV‐30

tinyección (s)


C23

E‐01 210 50 60 0,61 0,59 3,28 0,59 3,28 0,62 ‐1,64

E‐02 210 50 60 0,61 0,59 3,28 0,59 3,28 0,62 ‐1,64

C24

E‐01 210 75 60 0,40 0,39 2,50 0,38 5,00 0,40 0,00

E‐02 210 75 60 0,40 0,39 2,50 0,38 5,00 0,40 0,00

C25

E‐01 210 25 80 1,51 1,49 1,32 1,40 7,28 1,55 ‐2,65

E‐02 210 25 80 1,51 1,49 1,32 1,40 7,28 1,55 ‐2,65

C26

E‐01 210 50 80 0,73 0,73 0,00 0,70 4,11 0,75 ‐2,74

E‐02 210 50 80 0,73 0,73 0,00 0,70 4,11 0,75 ‐2,74

C27

E‐01 210 75 80 0,50 0,49 2,00 0,48 4,00 0,49 2,00

E‐02 210 75 80 0,50 0,49 2,00 0,48 4,00 0,49 2,00

C28

E‐01 240 25 40 0,99 1,25 ‐26,26 1,16 ‐17,17 1,40 ‐41,41

E‐02 240 25 40 0,99 1,25 ‐26,26 1,16 ‐17,17 1,40 ‐41,41

Anexo IV‐31

tinyección (s)


C29

E‐01 240 50 40 0,48 0,60 ‐25,00 0,55 ‐14,58 0,70 ‐45,83

E‐02 240 50 40 0,48 0,60 ‐25,00 0,55 ‐14,58 0,70 ‐45,83

C30

E‐01 240 75 40 0,29 0,36 ‐24,14 0,36 ‐24,14 0,45 ‐55,17

E‐02 240 75 40 0,29 0,36 ‐24,14 0,36 ‐24,14 0,45 ‐55,17

C31

E‐01 240 25 60 1,32 1,53 ‐15,91 1,52 ‐15,15 1,35 ‐2,27

E‐02 240 25 60 1,32 1,53 ‐15,91 1,52 ‐15,15 1,35 ‐2,27

C32

E‐01 240 50 60 0,63 0,85 ‐34,92 0,70 ‐11,11 0,93 ‐47,62

E‐02 240 50 60 0,63 0,85 ‐34,92 0,70 ‐11,11 0,93 ‐47,62

C33

E‐01 240 75 60 0,42 0,49 ‐16,67 0,46 ‐9,52 0,54 ‐28,57

E‐02 240 75 60 0,42 0,49 ‐16,67 0,46 ‐9,52 0,54 ‐28,57

C34

E‐01 240 25 80 1,63 1,90 ‐16,56 1,70 ‐4,29 2,13 ‐30,67

E‐02 240 25 80 1,63 1,90 ‐16,56 1,70 ‐4,29 2,13 ‐30,67

Anexo IV‐32

tinyección (s)


C35

E‐01 240 50 80 0,77 0,91 ‐18,18 0,83 ‐7,79 1,07 ‐38,96

E‐02 240 50 80 0,77 0,91 ‐18,18 0,83 ‐7,79 1,07 ‐38,96

C36

E‐01 240 75 80 0,52 0,58 11,54 0,62 ‐19,23 0,72 ‐38,46

E‐02 240 75 80 0,52 0,58 11,54 6,62 ‐19,23 0,72 ‐38,46

Anexo IV‐33

Tabla IV. 19: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA EO1

Datos experimentales Molde Espiral PP‐PPMA E01

Caso T (�C)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral(mm)

wespiral(mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M1C01 25 0,23 90,12 14,61 1095,65 97,92 M1C02 50 0,11 103,14 30,55 2290,91 53,60 M1C03

40

75 0,10 98,26 33,60 2520,00 46,42 M1C04 25 0,22 91,75 15,27 1145,45 95,35 M1C05 50 0,11 98,26 30,55 2290,91 51,06 M1C06

60

75 0,08 107,85 42,00 3150,00 40,76 M1C07 25 0,22 91,75 15,27 1145,45 95,35 M1C08 50 0,11 103,72 30,55 2290,91 53,90 M1C09

190

80

75 0,07 104,77 48,00 3600,00 34,65 M1C10 25 0,22 86,86 15,27 1145,45 90,28 M1C11 50 0,11 96,92 30,55 2290,91 50,37 M1C12

40

75 0,08 93,67 42,00 3150,00 35,40 M1C13 25 0,23 92,04 14,61 1095,65 100,00 M1C14 50 0,12 102,39 28,00 2100,00 58,04 M1C15

60

75 0,08 104,30 42,00 3150,00 39,42 M1C16 25 0,23 93,38 14,61 1095,65 101,46

M1C17 50 0,11 99,13 30,55 2290,91 51,51

M1C18

200

80

75 0,08 106,51 42,00 3150,00 40,25

M1C19 40 25 0,24 88,78

2 84 20 3360

14,00 1050,00 100,66

Anexo IV‐34

Datos experimentales Molde Espiral PP‐PPMA E01

Caso T (�C)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral(mm)

wespiral(mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M1C20 50 0,11 92,04 30,55 2290,91 47,83 M1C21 75 0,08 99,42 42,00 3150,00 37,57 M1C22 25 0,22 83,61 15,27 1145,45 86,89 M1C23 50 0,12 98,84 28,00 2100,00 56,03 M1C24

60 75 0,07 98,84 48,00 3600,00 32,69

M1C25 25 0,22 86,86 15,27 1145,45 90,28 M1C26 50 0,12 97,79 28,00 2100,00 55,44 M1C27

210

80 75 0,08 99,42 42,00 3150,00 37,57

M1C28 25 0,22 78,72 15,27 1145,45 81,82 M1C29 50 0,11 83,90 30,55 2290,91 43,60 M1C30

40 75 0,07 87,15 48,00 3600,00 28,82

M1C31 25 0,26 75,47 12,92 969,23 92,70 M1C32 50 0,12 82,85 28,00 2100,00 46,97 M1C33

60 75 0,07 83,90 48,00 3600,00 27,74

M1C34 25 0,24 72,50 14,00 1050,00 82,20 M1C35 50 0,12 82,85 28,00 2100,00 46,97 M1C36

240

80 75 0,08 86,11 42,00 3150,00 32,54

Anexo IV‐35

Figura IV. 17A, Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA EO1

Anexo IV‐36

Tabla IV. 20A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA EO2

Datos Experimentales Molde Espiral PP‐PPMA E02

Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M1C01 25 0,23 93,67 14,61 1095,65 101,77 M1C02 50 0,11 101,52 30,55 2290,91 52,75 M1C03

40 75 0,11 97,21 30,55 2290,91 50,52

M1C04 25 0,24 96,92 14,00 1050,00 109,89 M1C05 50 0,11 98,55 30,55 2290,91 51,21 M1C06

60 75 0,08 107,56 42,00 3150,00 40,65

M1C07 25 0,22 93,38 15,27 1145,45 97,05 M1C08 50 0,11 103,14 30,55 2290,91 53,60 M1C09

190

80 75 0,08 113,02 42,00 3150,00 42,71

M1C10 25 0,23 88,49 14,61 1095,65 96,15 M1C11 50 0,12 96,16 28,00 2100,00 54,51 M1C12

40 75 0,07 99,89 48,00 3600,00 33,03

M1C13 25 0,23 90,41 14,61 1095,65 98,23 M1C14 50 0,12 102,10 28,00 2100,00 57,88 M1C15

60 75 0,07 101,81 48,00 3600,00 33,67

M1C16 25 0,22 90,12 15,27 1145,45 93,66 M1C17 50 0,12 101,05 28,00 2100,00 57,28 M1C18

200

80 75 0,08 105,17

2 84 20 3360

42,00 3150,00 39,75

Anexo IV‐37

Datos Experimentales Molde Espiral PP‐PPMA E02

Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M1C19 25 0,23 85,53 14,61 1095,65 92,93 M1C20 50 0,11 95,29 30,55 2290,91 49,52 M1C21

40 75 0,08 97,21 42,00 3150,00 36,74

M1C22 25 0,22 81,98 15,27 1145,45 85,20 M1C23 50 0,12 96,16 28,00 2100,00 54,51 M1C24

60 75 0,08 101,34 42,00 3150,00 38,30

M1C25 25 0,22 90,12 15,27 1145,45 93,66 M1C26 50 0,11 92,33 30,55 2290,91 47,98 M1C27

210

80 75 0,08 101,63 42,00 3150,00 38,41

M1C28 25 0,23 81,98 14,61 1095,65 89,08 M1C29 50 0,12 80,64 28,00 2100,00 45,72 M1C30

40 75 0,08 91,28 42,00 3150,00 34,50

M1C31 25 0,24 75,76 14,00 1050,00 85,89 M1C32 50 0,12 82,85 28,00 2100,00 46,97 M1C33

60 75 0,07 83,90 48,00 3600,00 27,74

M1C34 25 0,22 72,21 15,27 1145,45 75,05 M1C35 50 0,11 82,27 30,55 2290,91 42,75 M1C36

240

80 75 0,08 84,77 42,00 3150,00 32,04

Anexo IV‐38

Figura IV. 18A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA EO2

Anexo IV‐39

Tabla IV. 21A, Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐F EO1

Datos experimentales Molde Espiral PP‐PPMA‐F E01

Caso T (�C)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte(s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M2C01 25 0,24 99,89 14,00 1050,00 113,25 M2C02 50 0,12 106,98 28,00 2100,00 60,65 M2C03

40 75 0,09 96,92 37,33 2800,00 41,21

M2C04 25 0,22 93,38 15,27 1145,45 97,05 M2C05 50 0,11 104,01 30,55 2290,91 54,05 M2C06

60 75 0,08 110,24 42,00 3150,00 41,66

M2C07 25 0,23 98,26 14,61 1095,65 106,76 M2C08 50 0,11 109,19 30,55 2290,91 56,74 M2C09

190

80 75 0,08 109,95 42,00 3150,00 41,55

M2C10 25 0,23 93,38 14,61 1095,65 101,46 M2C11 50 0,13 102,68 25,85 1938,46 63,06 M2C12

40 75 0,10 88,49 33,60 2520,00 41,80

M2C13 25 0,24 92,33 14,00 1050,00 104,68 M2C14 50 0,11 101,52 30,55 2290,91 52,75 M2C15

60 75 0,08 106,22 42,00 3150,00 40,14

M2C16 25 0,24 95,00 14,00 1050,00 107,71 M2C17 50 0,12 101,81 28,00 2100,00 57,71 M2C18

200

80 75 0,09 107,09

2 84 20 3360

37,33 2800,00 45,53

Anexo IV‐40


Caso T (�C)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte(s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ɣap (1/s)

ηap (Pa·s)

M2C19 25 0,25 90,70 13,44 1008,00 107,12 M2C20 50 0,12 95,29 28,00 2100,00 54,02 M2C21

40 75 0,08 95,58 42,00 3150,00 36,12

M2C22 25 0,23 88,78 14,61 1095,65 96,47 M2C23 50 0,12 97,79 28,00 2100,00 55,44 M2C24

60 75 0,08 100,18 42,00 3150,00 37,86

M2C25 25 0,23 87,15 14,61 1095,65 94,70 M2C26 50 0,12 98,84 28,00 2100,00 56,03 M2C27

210

80 75 0,07 98,84 48,00 3600,00 32,69

M2C28 25 0,25 78,72 13,44 1008,00 92,98 M2C29 50 0,13 86,11 25,85 1938,46 52,88 M2C30

40 75 0,08 92,91 42,00 3150,00 35,11

M2C31 25 0,23 77,10 14,61 1095,65 83,77 M2C32 50 0,12 87,44 28,00 2100,00 49,57 M2C33

60 75 0,07 88,78 48,00 3600,00 29,36

M2C34 25 0,23 77,10 14,61 1095,65 83,77 M2C35 50 0,11 81,98 30,55 2290,91 42,60 M2C36

240

80 75 0,08 90,23 42,00 3150,00 34,10

Anexo IV‐41

Figura IV. 19A, Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐F EO1

Anexo IV‐42

Tabla IV. 22A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐F EO2


Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím(%)

tcorte(s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M3C01 25 0,24 101,81 14,00 1050,00 115,43 M3C02 50 0,12 107,56 28,00 2100,00 60,97 M3C03

60 75 0,08 93,38 42,00 3150,00 35,29

M3C04 25 0,25 98,55 13,44 1008,00 116,39 M3C05 50 0,12 110,82 28,00 2100,00 62,82 M3C06

80 75 0,08 111,28 42,00 3150,00 42,06

M3C07 25 0,22 95,29 15,27 1145,45 99,04 M3C08 50 0,11 105,35 30,55 2290,91 54,75 M3C09

190

40 75 0,08 113,60 42,00 3150,00 42,93

M3C10 25 0,24 93,38 14,00 1050,00 105,87 M3C11 50 0,11 99,89 30,55 2290,91 51,91 M3C12

60 75 0,08 93,96 42,00 3150,00 35,51

M3C13 25 0,24 95,29 14,00 1050,00 108,04 M3C14 50 0,11 98,55 30,55 2290,91 51,21 M3C15

80 75 0,08 105,93 42,00 3150,00 40,03

M3C16 25 0,22 91,75 15,27 1145,45 95,35 M3C17 50 0,11 99,89 30,55 2290,91 51,91 M3C18

200

40 75 0,08 107,85

2 84 20 3360

42,00 3150,00 40,76

Anexo IV‐43


Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím(%)

tcorte(s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

lespiral (mm)

wespiral (mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M3C19 25 0,24 88,78 14,00 1050,00 100,66 M3C20 50 0,12 95,58 28,00 2100,00 54,19 M3C21

60 75 0,08 99,13 42,00 3150,00 37,46

M3C22 25 0,22 86,86 15,27 1145,45 90,28 M3C23 50 0,11 96,63 30,55 2290,91 50,22 M3C24

80 75 0,08 103,26 42,00 3150,00 39,02

M3C25 25 0,23 85,24 14,61 1095,65 92,61 M3C26 50 0,12 96,16 28,00 2100,00 54,51 M3C27

210

40 75 0,08 99,71 42,00 3150,00 37,68

M3C28 25 0,26 79,01 12,92 969,23 97,05 M3C29 50 0,13 85,82 25,85 1938,46 52,70 M3C30

60 75 0,07 91,75 48,00 3600,00 30,34

M3C31 25 0,24 79,01 14,00 1050,00 89,59 M3C32 50 0,11 85,24 30,55 2290,91 44,29 M3C33

80 75 0,08 90,70 42,00 3150,00 34,28

M3C34 25 0,23 75,47 14,61 1095,65 82,00 M3C35 50 0,11 81,98 30,55 2290,91 42,60 M3C36

240

75 0,08 88,60 42,00 3150,00 33,49

Anexo IV‐44

Figura IV. 20 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐F EO2

Anexo IV‐45

Tabla IV. 23A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO1

Datos experimentales Modelo Espiral PP‐PPMA‐FB E01

Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral

(mm)

wespiral

(mm)

Vespiral

(mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s

) M3C01 25 0,24 113,20 14,00 1050,00 128,35 M3C02 50 0,11 114,54 30,55 2290,91 59,52 M3C03

40

75 0,11 106,69 30,55 2290,91 55,44 M3C04 25 0,24 113,49 14,00 1050,00 128,68 M3C05 50 0,12 120,00 28,00 2100,00 68,03 M3C06

60

75 0,08 123,66 42,00 3150,00 46,74 M3C07 25 0,23 109,95 14,61 1095,65 119,46 M3C08 50 0,11 116,17 30,55 2290,91 60,37 M3C09

190

80

75 0,07 118,09 48,00 3600,00 39,05 M3C10 25 0,24 106,98 14,00 1050,00 121,29 M3C11 50 0,11 109,66 30,55 2290,91 56,98 M3C12

40

75 0,10 106,69 33,60 2520,00 50,40 M3C13 25 0,23 103,14 14,61 1095,65 112,07 M3C14 50 0,12 114,07 28,00 2100,00 64,67 M3C15

60

75 0,08 116,57 42,00 3150,00 44,05 M3C16 25 0,23 103,14 14,61 1095,65 112,07 M3C17 50 0,12 111,86 28,00 2100,00 63,41 M3C18

200

80

75 0,08 115,99

2 84 20 3360

42,00 3150,00 43,84

Anexo IV‐46


Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral

(mm)

wespiral

(mm)

Vespiral

(mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s

) M3C19 25 0,23 103,14 14,61 1095,65 112,07 M3C20 50 0,11 104,77 30,55 2290,91 54,45 M3C21

40

75 0,08 98,26 42,00 3150,00 37,14 M3C22 25 0,23 98,26 14,61 1095,65 106,76 M3C23 50 0,12 108,90 28,00 2100,00 61,73 M3C24

60

75 0,09 113,89 37,33 2800,00 48,42 M3C25 25 0,22 98,26 15,27 1145,45 102,12 M3C26 50 0,11 105,06 30,55 2290,91 54,60 M3C27

210

80

75 0,08 110,82 42,00 3150,00 41,88 M3C28 25 0,24 87,15 14,00 1050,00 98,81 M3C29 50 0,12 97,79 28,00 2100,00 55,44 M3C30

40

75 0,09 99,42 37,33 2800,00 42,27 M3C31 25 0,24 87,15 14,00 1050,00 98,81 M3C32 50 0,12 93,96 28,00 2100,00 53,26 M3C33

60

75 0,08 99,71 42,00 3150,00 37,68 M3C34 25 0,24 87,15 14,00 1050,00 98,81 M3C35 50 0,12 93,67 28,00 2100,00 53,10 M3C36

240

80

75 0,08 99,71 42,00 3150,00 37,68

Anexo IV‐47

Figura IV. 21A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FB EO1

Anexo IV‐48

Tabla IV. 24A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO2


Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral(mm)

wespiral(mm)

Vespiral

(mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M3C01 25 0,24 109,95 14,00 1050,00 124,66 M3C02 50 0,12 117,04 28,00 2100,00 66,35 M3C03

40 75 0,11 108,32 30,55 2290,91 56,29

M3C04 25 0,24 111,57 14,00 1050,00 126,50 M3C05 50 0,11 121,05 30,55 2290,91 62,90 M3C06

60 75 0,08 122,21 42,00 3150,00 46,19

M3C07 25 0,24 110,24 14,00 1050,00 124,98 M3C08 50 0,12 118,96 28,00 2100,00 67,43 M3C09

190

80 75 0,08 123,37 42,00 3150,00 46,63

M3C10 25 0,24 106,69 14,00 1050,00 120,96 M3C11 50 0,12 109,19 28,00 2100,00 61,90 M3C12

40 75 0,09 105,35 37,33 2800,00 44,79

M3C13 25 0,23 100,47 14,61 1095,65 109,16 M3C14 50 0,12 111,86 28,00 2100,00 63,41 M3C15

60 75 0,08 113,89 42,00 3150,00 43,04

M3C16 25 0,24 103,72 14,00 1050,00 117,60 M3C17 50 0,12 112,44 28,00 2100,00 63,74 M3C18

200

80 75 0,07 111,28

2 84 20 3360

48,00 3600,00 36,80

Anexo IV‐49


Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral(mm)

wespiral(mm)

Vespiral

(mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M3C19 25 0,24 98,55 14,00 1050,00 111,73 M3C20 50 0,11 106,98 30,55 2290,91 55,59 M3C21

40 75 0,08 99,89 42,00 3150,00 37,75

M3C22 25 0,24 101,52 14,00 1050,00 115,10 M3C23 50 0,11 104,77 30,55 2290,91 54,45 M3C24

60 75 0,09 113,02 37,33 2800,00 48,05

M3C25 25 0,22 96,92 15,27 1145,45 100,73 M3C26 50 0,11 105,35 30,55 2290,91 54,75 M3C27

210

80 75 0,08 111,11 42,00 3150,00 41,99

M3C28 25 0,24 87,15 14,00 1050,00 98,81 M3C29 50 0,12 93,38 28,00 2100,00 52,93 M3C30

40 75 0,08 97,03 42,00 3150,00 36,67

M3C31 25 0,24 83,90 14,00 1050,00 95,12 M3C32 50 0,12 95,29 28,00 2100,00 54,02 M3C33

60 75 0,08 98,84 42,00 3150,00 37,35

M3C34 25 0,23 85,24 14,61 1095,65 92,61 M3C35 50 0,12 92,04 28,00 2100,00 52,18 M3C36

240

80 75 0,08 96,63 42,00 3150,00 36,52

Anexo IV‐50

Figura IV. 22 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FB EO2

Anexo IV‐51

Tabla IV. 25A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO1

Datos experimentales Molde Espiral PP‐PPMA‐FA E01

Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

l espiral (mm)

W espiral (mm)

V espiral (mm3)

Q (cm3/s

) ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M4C01 25 0,24 108,03 14,00 1050,00 122,48 M4C02 50 0,13 112,15 25,85 1938,46 68,88 M4C03

40 75 0,15 86,86 22,40 1680,00 61,55

M4C04 25 0,23 103,14 14,61 1095,65 112,07

M4C05 50 0,12 110,53 28,00 2100,00 62,66

M4C06

60

75 0,07 115,12 48,00 3600,00 38,07

M4C07 25 0,24 103,14 14,00 1050,00 116,94

M4C08 50 0,11 109,66 30,55 2290,91 56,98

M4C09

190

80

75 0,07 115,12 48,00 3600,00 38,07

M4C10 25 0,25 98,55 13,44 1008,00 116,39

M4C11 50 0,12 107,56 28,00 2100,00 60,97

M4C12

40

75 0,11 101,81 30,55 2290,91 52,90

M4C13 25 0,24 98,55 14,00 1050,00 111,73

M4C14 50 0,12 108,90 28,00 2100,00 61,73

M4C15

60

75 0,08 112,73 42,00 3150,00 42,61

M4C16 25 0,24 100,18 14,00 1050,00 113,58

M4C17

200

80

50 0,12 107,27

2 84 20 3360

28,00 2100,00 60,81

Anexo IV‐52


Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

l espiral (mm)

W espiral (mm)

V espiral (mm3)

Q (cm3/s

) ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M4C18 75 0,07 109,66 48,00 3600,00 36,26 M4C19 25 0,25 98,55 13,44 1008,00 116,39 M4C20 50 0,12 104,01 28,00 2100,00 58,96 M4C21

40

75 0,09 89,07 37,33 2800,00 37,87 M4C22 25 0,23 93,38 14,61 1095,65 101,46 M4C23 50 0,12 104,30 28,00 2100,00 59,13 M4C24

60

75 0,08 106,40 42,00 3150,00 40,21 M4C25 25 0,23 95,00 14,61 1095,65 103,23 M4C26 50 0,11 101,52 30,55 2290,91 52,75 M4C27

210

80

75 0,08 105,35 42,00 3150,00 39,82 M4C28 25 0,24 83,61 14,00 1050,00 94,79 M4C29 50 0,11 90,41 30,55 2290,91 46,98 M4C30

40

75 0,07 95,29 48,00 3600,00 31,51 M4C31 25 0,23 80,35 14,61 1095,65 87,31 M4C32 50 0,12 90,99 28,00 2100,00 51,58 M4C33

60

75 0,08 95,58 42,00 3150,00 36,12 M4C34

240

80 25 0,23 84,19 14,61 1095,65 91,47

Anexo IV‐53


Caso T (ºC)

Vmáx (%)

Plím (%)

tcorte (s)

Pcorte (bar)

hespiral (mm)

l espiral (mm)

W espiral (mm)

V espiral (mm3)

Q (cm3/s

) ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M4C35 50 0,12 90,99 28,00 2100,00 51,58 M4C36 75 0,07 90,12 48,00 3600,00 29,80

Anexo IV‐54

Figura IV. 23A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FA EO1

Anexo Capítulo IV

Anexo IV‐55

Tabla IV. 26A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO2


Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral

(mm)

wespiral

(mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M4C01 25 0,24 109,95 14,00 1050,00 124,66 M4C02 50 0,12 101,81 28,00 2100,00 57,71 M4C03

40 75 0,15 88,49 22,40 1680,00 62,71

M4C04 25 0,24 103,14 14,00 1050,00 116,94 M4C05 50 0,12 112,73 28,00 2100,00 63,91 M4C06

60 75 0,07 112,91 48,00 3600,00 37,34

M4C07 25 0,24 103,43 14,00 1050,00 117,27 M4C08 50 0,11 113,20 30,55 2290,91 58,83 M4C09

190

80 75 0,08 120,12 42,00 3150,00 45,39

M4C10 25 0,24 100,18 14,00 1050,00 113,58 M4C11 50 0,11 106,69 30,55 2290,91 55,44 M4C12

40 75 0,10 103,43 33,60 2520,00 48,86

M4C13 25 0,24 100,47 14,00 1050,00 113,91 M4C14 50 0,11 105,06 30,55 2290,91 54,60 M4C15

60 75 0,08 110,53 42,00 3150,00 41,77

M4C16 25 0,24 98,55 14,00 1050,00 111,73 M4C17 50 0,12 107,85 28,00 2100,00 61,14 M4C18

200

80 75 0,08 112,44

2 84 20 3360

42,00 3150,00 42,50

Anexo IV‐56


Caso T (ºC)

Vmáx

(%) Plím

(%) tcorte

(s)

Pcorte

(bar)

hespiral

(mm)

lespiral

(mm)

wespiral

(mm)

Vespiral (mm3)

Q (cm3/s)

ϒap (1/s)

ηap (Pa·s)

M4C19 25 0,24 99,89 14,00 1050,00 113,25 M4C20 50 0,12 104,59 28,00 2100,00 59,29 M4C21

40 75 0,08 95,58 42,00 3150,00 36,12

M4C22 25 0,23 95,00 14,61 1095,65 103,23 M4C23 50 0,12 105,64 28,00 2100,00 59,89 M4C24

60 75 0,09 108,72 37,33 2800,00 46,22

M4C25 25 0,24 95,29 14,00 1050,00 108,04 M4C26 50 0,12 102,39 28,00 2100,00 58,04 M4C27

210

80 75 0,08 105,35 42,00 3150,00 39,82

M4C28 25 0,26 82,85 12,92 969,23 101,76 M4C29 50 0,12 90,99 28,00 2100,00 51,58 M4C30

40 75 0,08 96,74 42,00 3150,00 36,56

M4C31 25 0,24 83,90 14,00 1050,00 95,12 M4C32 50 0,12 92,04 28,00 2100,00 52,18 M4C33

60 75 0,08 98,37 42,00 3150,00 37,18

M4C34 25 0,23 82,56 14,61 1095,65 89,71 M4C35 50 0,11 85,24 30,55 2290,91 44,29 MC436

240

80 75 0,07 91,75 48,00 3600,00 30,34

Anexo IV‐57

Figura IV. 24 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FA EO2

Anexo IV‐58

Índice de Figuras Figura IV. 1A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a

190oC ............................................................................................................................................. 2

Figura IV. 2A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad.......................... 2

Figura IV. 3A: Representación gráfica de los valores de shear rate y ........................................... 3


PP‐PPMA a 190oC, 200oC y 210oC................................................................................................. 5

Figura IV. 5A: Representación gráfica a 190oC .............................................................................. 6

Figura IV. 6A: Representación gráfica a 200oC .............................................................................. 7

Figura IV. 7A: Representación gráfica del PP‐PPMA‐F a 210oC ..................................................... 8


PP‐PPMA‐F a 190oC, 200oC y 210oC ........................................................................................... 10

Figura IV. 9A: Representación gráfica de los valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA

a 190 oC........................................................................................................................................ 11


FA a 200 oC................................................................................................................................... 12


FA a 210 oC................................................................................................................................... 13


PP‐PPMA‐FA a 190oC, 200oC y 210oC ......................................................................................... 15


FB a 190 oC................................................................................................................................... 16


FB a 200 oC................................................................................................................................... 17


FB a 210 oC................................................................................................................................... 18


PP‐PPMA‐FB a 190oC, 200oC y 210oC.......................................................................................... 20

Figura IV. 17A, Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA EO1 .. 35

Figura IV. 18A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA EO2.. 38

Figura IV. 19A, Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐F EO141

Figura IV. 20 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐F EO2

..................................................................................................................................................... 44

Anexo IV‐59

Figura IV. 21A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FB EO1

..................................................................................................................................................... 47

Figura IV. 22 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FB EO2

..................................................................................................................................................... 50

Figura IV. 23A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FA EO1

..................................................................................................................................................... 54

Figura IV. 24 A: Representación gráfica con ajuste al modelo exponencial del PP‐PPMA‐FA EO2

..................................................................................................................................................... 57

Índice de Tablas Tabla IV. 1A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 190oC........................................ 1

Tabla IV. 2A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 200oC........................................ 2

Tabla IV. 3A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA a 210oC........................................ 3


ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA ............................................................................ 4

Tabla IV. 5A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐F a 190oC..................................... 6




ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐F ......................................................................... 9

Tabla IV. 9A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA a 190oC ................................ 11

Tabla IV. 10A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA a 200oC .............................. 12

Tabla IV. 11A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FA a 210oC .............................. 13


ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐FA..................................................................... 14

Tabla IV. 13A: Valores de shear rate y viscosidad del PP‐PPMA‐FB a 190oC .............................. 16




ensayos a 190 oC, 200 oC y 210 oC del PP‐PPMA‐FA..................................................................... 19

Tabla IV. 17A Medida de la‐ longitud de las espirales de PP‐PPMA, PP‐PPMA‐F, PP‐PPMA‐FB,

PP‐PPMA‐FA, ............................................................................................................................... 21

Tabla IV. 18.................................................................................................................................. 26

Tabla IV. 19.................................................................................................................................. 33

Anexo IV‐60

Tabla IV. 20A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA EO2............................................................. 36

Tabla IV. 21A, Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐F EO1 .......................................................... 39

Tabla IV. 22A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐F EO2.......................................................... 42

Tabla IV. 23A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO1........................................................ 45

Tabla IV. 24A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FB EO2........................................................ 48

Tabla IV. 25A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO1........................................................ 51

Tabla IV. 26A: Valores de Viscosidad del PP‐PPMA‐FA EO2........................................................ 55

Anexo Capítulo V

Anexo V‐1

Tabla V.1A Variabilidad en peso probetas Peso (g)

Probeta PP PP‐PPMA % PP‐PPMA‐F % PP‐PPMA‐FA % PP‐PPMA‐FB %

01 8,0906 8,1036 0,1 8,2868 2,4 8,5006 5,1 8,5026 5,0

02 8,0896 8,0955 0,1 8,3026 2,6 8,4876 4,9 8,5299 5,4

03 8,0859 8,091 0,1 8,2559 2,0 8,4629 4,7 8,5269 5,3

04 8,0851 8,0987 0,1 8,2954 2,5 8,4652 4,6 8,5236 5,3

05 8,0871 8,0973 0,0 8,2694 2,2 8,4641 4,6 8,4869 4,8

06 8,0888 8,0974 0,1 8,2742 2,2 8,4533 4,4 8,528 5,4

07 8,0921 8,095 0,0 8,2918 2,5 8,4573 4,5 8,5246 5,3

08 8,0986 8,1599 0,8 8,2866 2,4 8,4609 4,5 8,4883 4,9

09 8,0937 8,125 0,4 8,3011 2,6 8,4785 4,8 8,492 4,9

10 8,0877 8,1004 0,1 8,2972 2,5 8,4799 4,8 8,4945 5,0

11 8,097 8,1222 0,4 8,4564 4,5 8,516 5,2

12 8,0964 8,0989 0,1 8,4596 4,5

13 8,0966 8,0958 0,0

14 8,1003 8,1013 0,1

15 8,0868 8,1075 0,2

16 8,0987 8,1091 0,2

17 8,0962 8,1038 0,1

18 8,1016 8,086 0,1

19 8,0998 8,1029 0,1

20 8,093

Promedio 8,0933 8,1048 0,2 8,2861 2,4 8,4689 4,6 8,5103 5,2

Anexo V‐2

Tabla V.2A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno

Contracciones %

Probeta Peso (g) Longitud (mm)

Ancho (mm)

Espesor (mm)

Longitud Ancho Espesor

PP‐01 8,0906 212,40 12,68 2,67 1,7 2,5 4,6

PP‐02 8,0896 212,5 12,88 2,75 1,6 0,9 1,8

PP‐03 8,0859 212,6 12,8 2,73 1,6 1,5 2,5

PP‐04 8,0851 212,3 12,76 2,7 1,7 1,8 3,6

PP‐05 8,0871 212,4 12,77 2,74 1,7 1,8 2,1

PP‐06 8,0888 212,3 12,76 2,69 1,7 1,8 3,9

PP‐07 8,0921 212,3 12,74 2,74 1,7 2,0 2,1

PP‐08 8,0986 212,6 12,79 2,68 1,6 1,6 4,3

PP‐09 8,0937 212,4 12,75 2,7 1,6 1,9 3,6

PP‐10 8,0877 212,2 12,71 2,68 1,7 2,2 4,3

PP‐11 8,097 212,4 12,75 2,7 1,7 1,9 3,6

PP‐12 8,0964 212,6 12,78 2,72 1,6 1,7 2,9

PP‐13 8,0966 212,3 12,74 2,71 1,7 2,0 3,2

PP‐14 8,1003 212,8 12,77 2,72 1,5 1,8 2,9

PP‐15 8,0868 212,7 12,79 2,7 1,5 1,6 3,6

PP‐16 8,0987 212,6 12,76 2,72 1,6 1,8 2,9

PP‐17 8,0962 212,3 12,78 2,69 1,7 1,7 3,9

PP‐18 8,1016 212,4 12,77 2,71 1,6 1,8 3,2

PP‐19 8,0998 212,4 12,8 2,73 1,6 1,5 2,5

PP‐20 8,093 212,4 12,73 2,7 1,7 2,1 3,6

Promedio 8,0933 212,47 12,77 2,71 1,6 1,8 3,2

Anexo V‐3

Tabla V.4A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐Anhídrido Maleico reforzada con

fibra de platanera Contracciones %


Ancho (mm)

Espesor (mm)


PP‐PPMA‐F‐01 8,2868 212,9 12,75 2,71 1,4 1,9 3,2

PP‐PPMA‐F‐02 8,3026 212,9 12,77 2,71 1,4 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐03 8,2559 213,3 12,76 2,71 1,2 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐04 8,2954 213,1 12,76 2,71 1,3 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐05 8,2694 213,3 12,77 2,73 1,2 1,8 2,5

PP‐PPMA‐F‐06 8,2742 213,2 12,76 2,7 1,3 1,8 3,6

PP‐PPMA‐F‐07 8,2918 213,0 12,77 2,72 1,4 1,8 2,9

PP‐PPMA‐F‐08 8,2866 212,9 12,77 2,71 1,4 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐09 8,3011 212,9 12,75 2,73 1,4 1,9 2,5

PP‐PPMA‐F‐10 8,2972 212,9 12,72 2,72 1,4 2,2 2,9

Promedio 8,2861 213,07 12,76 2,72 1,4 1,9 3,04

Tabla V.3A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐Anhídrido Maleico Contracciones %


Ancho (mm)

Espesor (mm)


PP‐PPMA‐01 8,1036 212,3 12,76 2,75 1,7 1,8 1,8

PP‐PPMA‐02 8,0955 212,2 12,8 2,73 1,7 1,5 2,5

PP‐PPMA‐03 8,091 212,1 12,78 2,71 1,8 1,7 3,2

PP‐PPMA‐04 8,0987 212,3 12,78 2,73 1,7 1,7 2,5

PP‐PPMA‐05 8,0973 212,1 12,8 2,7 1,8 1,5 3,6

PP‐PPMA‐06 8,0974 212,2 12,76 2,7 1,8 1,8 3,6

PP‐PPMA‐07 8,095 212,2 12,78 2,72 1,8 1,7 2,9

PP‐PPMA‐08 8,1599 212,4 12,75 2,75 1,7 1,9 1,8

PP‐PPMA‐09 8,125 212,5 12,82 2,72 1,6 1,4 2,9

PP‐PPMA‐10 8,1004 212,1 12,79 2,73 1,8 1,6 2,5

PP‐PPMA‐11 8,1222 212,3 12,8 2,74 1,7 1,5 2,1

PP‐PPMA‐12 8,0989 212,1 12,78 2,72 1,8 1,7 2,9

PP‐PPMA‐13 8,0958 212,2 12,75 2,74 1,8 1,9 2,1

PP‐PPMA‐14 8,1013 212,1 12,76 2,73 1,8 1,8 2,5

PP‐PPMA‐15 8,1075 212,2 12,73 2,73 1,8 2,1 2,5

PP‐PPMA‐16 8,1091 212,2 12,74 2,74 1,8 2,0 2,1

PP‐PPMA‐17 8,1038 212,2 12,78 2,73 1,8 1,7 2,5

PP‐PPMA‐18 8,086 212,1 12,72 2,73 1,8 2,2 2,5

PP‐PPMA‐19 8,1029 212,1 12,75 2,72 1,8 1,9 2,9

Promedio 8,1048 212,2 12,77 2,73 1,7 1,8 2,6

Anexo V‐4

Tabla V.4A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐Anhídrido Maleico reforzada con

fibra de platanera Contracciones %


Ancho (mm)

Espesor (mm)


PP‐PPMA‐F‐01 8,2868 212,9 12,75 2,71 1,4 1,9 3,2

PP‐PPMA‐F‐02 8,3026 212,9 12,77 2,71 1,4 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐03 8,2559 213,3 12,76 2,71 1,2 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐04 8,2954 213,1 12,76 2,71 1,3 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐05 8,2694 213,3 12,77 2,73 1,2 1,8 2,5

PP‐PPMA‐F‐06 8,2742 213,2 12,76 2,7 1,3 1,8 3,6

PP‐PPMA‐F‐07 8,2918 213,0 12,77 2,72 1,4 1,8 2,9

PP‐PPMA‐F‐08 8,2866 212,9 12,77 2,71 1,4 1,8 3,2

PP‐PPMA‐F‐09 8,3011 212,9 12,75 2,73 1,4 1,9 2,5

PP‐PPMA‐F‐10 8,2972 212,9 12,72 2,72 1,4 2,2 2,9

Promedio 8,2861 213,07 12,76 2,72 1,4 1,9 3,04

Anexo V‐5

Tabla V.5A Medidas y % de Contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐Anhídrido Maleico reforzada con

fibra de platanera con tratamiento A

Contracciones %


Ancho (mm)

Espesor (mm)


PP‐PPMA‐FA‐01 8,5006 213,6 12,75 2,71 1,1 1,9 3,2

PP‐PPMA‐FA‐02 8,4876 213,4 12,75 2,71 1,2 1,9 3,2

PP‐PPMA‐FA‐03 8,4629 213,3 12,78 2,70 1,2 1,7 3,6

PP‐PPMA‐FA‐04 8,4652 213,4 12,72 2,72 1,2 2,2 2,9

PP‐PPMA‐FA‐05 8,4641 213,4 12,76 2,70 1,2 1,8 3,6

PP‐PPMA‐FA‐06 8,4533 213,5 12,75 2,70 1,2 1,9 3,6

PP‐PPMA‐FA‐07 8,4573 213,3 12,73 2,69 1,2 2,1 3,9

PP‐PPMA‐FA‐08 8,4609 213,4 12,73 2,69 1,2 2,1 3,9

PP‐PPMA‐FA‐09 8,4785 213,4 12,72 2,75 1,2 2,2 1,8

PP‐PPMA‐FA‐10 8,4799 213,3 12,74 2,70 1,2 2,0 3,6

PP‐PPMA‐FA‐11 8,4564 213,4 12,70 2,69 1,2 2,3 3,9

PP‐PPMA‐FA‐12 8,4596 213,4 12,72 2,69 1,2 2,2 3,9

Promedio 8,4689 213,4 12,74 2,70 1,2 2,0 3,4

Anexo V‐6

Tabla V.6A Medidas y % de Contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐Anhídrido Maleico reforzada con

fibra de platanera con tratamiento B

Contracciones %


Ancho (mm)

Espesor (mm)


PP‐PPMA‐FB‐01 8,5026 213,7 12,75 2,70 1,1 1,9 3,6

PP‐PPMA‐FB‐02 8,5299 213,7 12,75 2,74 1,1 1,9 2,1

PP‐PPMA‐FB‐03 8,5269 213,6 12,71 2,75 1,1 2,2 1,8

PP‐PPMA‐FB‐04 8,5236 213,6 12,70 2,75 1,1 2,3 1,8

PP‐PPMA‐FB‐05 8,4869 213,6 12,67 2,70 1,1 2,5 3,6

PP‐PPMA‐FB‐06 8,528 213,5 12,70 2,72 1,2 2,3 2,9

PP‐PPMA‐FB‐07 8,5246 213,5 12,69 2,69 1,2 2,4 3,9

PP‐PPMA‐FB‐08 8,4883 213,6 12,70 2,69 1,1 2,3 3,9

PP‐PPMA‐FB‐09 8,492 213,6 12,68 2,73 1,1 2,5 2,5

PP‐PPMA‐FB‐10 8,4945 213,7 12,71 2,75 1,1 2,2 1,8

PP‐PPMA‐FB‐11 8,516 213,7 12,68 2,71 1,1 2,5 3,2

Promedio 8,5103 213,6 12,70 2,72 1,1 2,3 2,8

Anexo V‐7

Tabla V.7A Cálculo de la densidad de la fibra de la platanera

PP‐PPMA Fibra

Tratamientos Ppromedio (g) V (cm3) ρ (g/cm3) 85% p (g) V (cm3) V (cm3) 15% p (g) ρ (g/cm3)

PP 8,0933 9,3428 0,87

PP‐PPMA 8,1048 9,4004 0,86

PP‐PPMA‐F 8,2861 9,3831 0,88 7,0432 8,1898 1,1934 1,2429 1,04

PP‐PPMA‐FA 8,4689 9,4039 0,9 7,1986 8,3704 1,0335 1,2703 1,23

PP‐PPMA‐FB 8,5103 9,409 0,9 7,2338 8,4113 0,9977 1,2765 1,28

Promedio 8,4218 9,3878 1,18

Anexo V‐8

Tabla V.8A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera sin tratamiento

Medidas del diámetro de la fibra virgen

Nº Peso Diámetro medio

Desviación típica Volumen (mm) Densidad (kg/m3)

1 0,0032 0,199 0,038 6,205 515,7

2 0,0030 0,164 0,018 4,199 714,4

3 0,0034 0,179 0,003 5,057 672,3

4 0,0010 0,063 0,015 0,632 1582,4

5 0,0032 0,185 0,037 5,359 597,1

6 0,0031 0,235 0,044 8,654 358,2

7 0,0031 0,191 0,021 5,710 542,9

8 0,0032 0,179 0,025 5,045 634,2

9 0,0046 0,241 0,019 9,138 515,5

10 0,0034 0,210 0,033 6,944 489,7

11 0,0031 0,163 0,025 4,191 739,8

12 0,0016 0,092 0,012 1,319 1213,3

13 0,0027 0,361 0,091 20,455 132,0

14 0,0035 0,297 0,041 13,816 253,3

15 0,0028 0,154 0,059 3,743 750,5

16 0,0020 0,139 0,113 3,016 663,2

17 0,0026 0,187 0,059 5,506 472,2

18 0,0027 0,215 0,032 7,286 365,8

19 0,0061 0,389 0,044 23,729 260,1

20 0,0013 0,103 0,020 1,681 266,9

Anexo V‐9

Tabla V.9A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con NaOH 1N

Medidas del diámetro de la fibra tratada con NaOH 1N

Nº Peso Diámetro medio Desviación típica Volumen (mm) Densidad (kg/m3)

1 0,0021 0,238 0,0021 6,779 309,8

2 0,0028 0,154 0,0028 4,036 693,7

3 0,0018 0,175 0,0018 3,646 493,7

4 0,0013 0,123 0,0013 1,792 725,3

5 0,0008 0,071 0,0008 0,594 1347,8

6 0,003 0,232 0,0030 6,441 465,8

7 0,0017 0,141 0,0017 2,511 677,0

8 0,0012 0,082 0,0012 0,850 1412,1

9 0,0009 0,097 0,0009 1,228 732,8

10 0,0011 0,091 0,0011 0,974 1128,9

11 0,0011 0,103 0,0011 1,245 883,3

12 0,001 0,098 0,0010 1,155 865,6

13 0,0008 0,080 0,0008 0,756 1057,8

14 0,0019 0,176 0,0019 3,679 516,4

15 0,0023 0,192 0,0023 4,501 511,0

16 0,0019 0,201 0,0019 4,844 392,2

17 0,002 0,152 0,0020 2,736 731,0

18 0,0023 0,169 0,0023 3,321 692,6

19 0,0024 0,194 0,0024 4,379 548,1

20 0,0028 0,246 0,0028 7,149 391,7

Anexo V‐10

Tabla V.10A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con Anhídrido Maleico

Medidas del diámetro de la fibra con maleico


1 0,0019 0,233 0,0354 6,921 274,5

2 0,0018 0,148 0,0113 2,659 676,9

3 0,0014 0,124 0,0090 1,931 724,9

4 0,0014 0,187 0,0221 3,892 359,7

5 0,0011 0,103 0,0117 1,303 844,0

6 0,0008 0,125 0,0076 1,956 409,0

7 0,0017 0,168 0,0276 3,593 473,1

8 0,0016 0,183 0,0188 4,084 391,8

9 0,0017 0,139 0,0141 2,409 705,6

10 0,0018 0,142 0,0087 2,479 726,0

11 0,0010 0,167 0,0102 3,510 284,9

12 0,0018 0,189 0,0100 4,468 402,9

13 0,0003 0,094 0,0081 1,125 266,7

14 0,0005 0,064 0,0078 0,523 955,2

15 0,0018 0,169 0,0244 3,618 497,5

16 0,0012 0,125 0,0079 1,969 609,5

17 0,0020 0,169 0,0107 3,583 558,2

18 0,0012 0,139 0,0105 2,448 490,2

19 0,0020 0,230 0,0287 6,644 301,0

20 0,0016 0,169 0,0137 3,626 441,3

Anexo V‐11

Tabla V.11A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con Anhídrido Maleico y NaOH 1N

Medidas del diámetro de la fibra con NaOH 1N + Maleico


1 0,0018 0,239 0,0298 6,143 293,0

2 0,0016 0,185 0,0233 3,708 431,5

3 0,0014 0,139 0,0091 2,128 657,7

4 0,0020 0,208 0,0259 4,715 424,2

5 0,0012 0,123 0,0066 1,492 804,1

6 0,0013 0,139 0,0073 2,035 638,8

7 0,0019 0,167 0,0307 2,983 637,0

8 0,0011 0,121 0,0070 1,609 683,6

9 0,0012 0,102 0,0050 1,155 1038,7

10 0,0008 0,100 0,0033 1,067 749,9

11 0,0017 0,146 0,0173 2,154 789,4

12 0,0023 0,172 0,0045 3,321 692,6

13 0,0020 0,153 0,0125 2,559 781,5

14 0,0012 0,128 0,0085 1,786 671,9

15 0,0015 0,139 0,0122 2,039 735,6

16 0,0016 0,165 0,0489 2,726 586,9

17 0,0015 0,161 0,0143 2,753 544,9

18 0,0014 0,114 0,0052 1,443 970,4

19 0,0020 0,173 0,0185 3,347 597,6

20 0,0020 0,166 0,0144 3,022 661,7

Anexo V‐12

Tabla V.12A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA con respecto a los valores obtenidos con el PP.

PP PP‐PPMA

Tensión (MPa) Módulo elástico Tensión (MPa) Módulo Elástico %T %ME

Ensayo 1 24,9 1088,7 22,0 1085,1 11,6 0,3

Ensayo 2 22,4 1196,1 23,2 1047,3 ‐3,6 12,4

Ensayo 3 25,0 1044,9 22,7 1064,3 ‐0,9 ‐1,9

Ensayo 4 22,7 1229,4 22,9 1023,2 ‐0,9 16,8

Ensayo 5 22,8 1091,8 24,8 948,3 ‐8,8 13,1

Media 23,6 1130,2 23,1 1033,6 1,9 8,5

Tabla V.13A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐F con respecto a los valores obtenidos con el PP.

PP PP‐PPMA‐F


Ensayo 1 24,9 1088,7 22,5 1325,0 9,6 ‐21,7

Ensayo 2 22,4 1196,1 21,5 1161,3 3,8 2,9

Ensayo 3 25,0 1044,9 22,0 1190,6 12,0 ‐13,9

Ensayo 4 22,7 1229,4 22,9 1209,0 ‐1,1 1,7

Ensayo 5 22,8 1091,8 22,9 1168,6 ‐0,3 ‐7,0

Media 23,6 1130,2 22,4 1210,9 5,0 ‐7,1

Anexo V‐13

Tabla V.14A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FA con respecto a los valores obtenidos con el PP

PP PP‐PPMA‐FA


Ensayo 1 24,9 1088,7 23,3 1496,3 6,3 ‐37,4

Ensayo 2 22,4 1196,1 23,2 1277,0 ‐3,4 ‐6,8

Ensayo 3 25,0 1044,9 23,7 1573,6 5,4 ‐50,6

Ensayo 4 22,7 1229,4 23,4 1514,4 ‐3,1 ‐23,2

Ensayo 5 22,8 1091,8 22,6 1435,4 1,0 ‐31,5

Media 23,6 1130,2 23,2 1459,3 1,4 ‐29,1

Tabla V.15A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FB con respecto a los valores obtenidos con el PP

PP PP‐PPMA‐FB


Ensayo 1 24,9 1088,7 25,3 1592,4 ‐1,5 ‐46,3

Ensayo 2 22,4 1196,1 25,3 1409,5 ‐13,2 ‐17,8

Ensayo 3 25,0 1044,9 25,3 1463,1 ‐1,0 ‐40,0

Ensayo 4 22,7 1229,4 26,7 1409,7 ‐17,7 ‐14,7

Ensayo 5 22,8 1091,8 25,4 1234,3 ‐11,5 ‐13,1

Media 23,6 1130,2 25,6 1421,8 ‐8,7 ‐25,8

Anexo V‐14

Tabla V.16A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐F con respecto a los valores obtenidos con el PP‐PPMA

PP‐PPMA PP‐PPMA‐F


Ensayo 1 22 1085,1 22,5 1325 ‐2,27 ‐22,11

Ensayo 2 23,2 1047,3 21,5 1161,3 7,33 ‐10,89

Ensayo 3 22,7 1064,3 22 1190,6 3,08 ‐11,87

Ensayo 4 22,9 1023,2 22,9 1209 ‐0,01 ‐18,16

Ensayo 5 24,8 948,3 22,9 1168,6 7,68 ‐23,23

Media 23,1 1033,6 22,36 1210,9 3,29 ‐17,15

Tabla V.17A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FA con respecto a los valores obtenidos con el PP‐PPMA

PP‐PPMA PP‐PPMA‐FA


Ensayo 1 22 1085,1 23,3 1496,3 ‐6,03 ‐37,89

Ensayo 2 23,2 1047,3 23,2 1277,0 0,19 ‐21,93

Ensayo 3 22,7 1064,3 23,7 1573,6 ‐4,21 ‐47,85

Ensayo 4 22,9 1023,2 23,4 1514,4 ‐2,25 ‐48,01

Ensayo 5 24,8 948,3 22,6 1435,4 9,02 ‐51,37

Media 23,1 1033,6 23,22 1459,3 ‐0,45 ‐41,18

Anexo V‐15

Tabla V.18A Variabilidad de la Tension y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FB con respecto a los valores obtenidos con el PP‐PPMA

PP‐PPMA PP‐PPMA‐FB


Ensayo 1 22 1085,1 25,3 1592,4 ‐14,87 ‐46,75

Ensayo 2 23,2 1047,3 25,3 1409,5 ‐9,26 ‐34,59

Ensayo 3 22,7 1064,3 25,3 1463,1 ‐11,26 ‐37,47

Ensayo 4 22,9 1023,2 26,7 1409,7 ‐16,67 ‐37,77

Ensayo 5 24,8 948,3 25,4 1234,3 ‐2,48 ‐30,16

Media 23,1 1033,6 25,6 1421,8 ‐10,74 ‐37,55

Anexo V‐16

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla V.1A Variabilidad en peso probetas1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1

Tabla V.2A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2

Tabla V.3A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐

Anhídrido Maleico ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 3

Tabla V.4A Medidas y % de contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐

Anhídrido Maleico reforzada con fibra de platanera‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

4

Tabla V.5A Medidas y % de Contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐

Anhídrido Maleico reforzada con fibra de platanera con tratamiento A‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

5

Tabla V.6A Medidas y % de Contracción de las probetas de Polipropileno‐Polipropileno‐

Anhídrido Maleico reforzada con fibra de platanera con tratamiento B‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

6

Tabla V.7A Cálculo de la densidad de la fibra de la platanera‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 7

Tabla V.8A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera sin tratamiento‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 8

Tabla V.9A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con NAOH 1N‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 9

Tabla V.10A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con Anhídrido Maleico‐‐‐‐‐ 10

Tabla V.11A Diámetro medio y densidad fibra de la platanera tratada con Anhídrido Maleico y

NaOH 1N‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

11

Tabla V.12A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA con respecto a los

valores obtenidos con el PP‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

12

Tabla V.13A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐F con respecto a los

valores obtenidos con el PP‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

12

Tabla V.14A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FA con respecto a los


13

Tabla V.15A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FB con respecto a los


13

Tabla V.16 A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐F con respecto a los

valores obtenidos con el PP‐PPMA‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

14

Tabla V.17A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FA con respecto a los


14

Tabla V.18A Variabilidad de la Tensión y Módulo Elástico del PP‐PPMA‐FB con respecto a los


15

programa de doctorado: ingenieria ambiental y … · ... sostenible, basada en la utilización de...

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