Morfología del NBC

La determinación de la morfología de una muestra se realiza a menudo mediante el análisis por microscopía electrónica de barrido (SEM) de la superficie de fractura de muestras que fueron fracturadas inmediatamente después de mantenerlas inmersas en un líquido criogénico (p. Ej. nitrógeno líquido) por algunos minutos.

Para copolímeros en bloque de Nylon-6/poliésteramida se ha reportado que ocurre un cambio en la morfología de la muestra cuando el contenido de fase elastomérica varía de 10 a 20% [28] pasando de una sola fase a una morfología de dos fases. Esto parece ser consistente con lo encontrado por otros investigadores como Hedrick [6], quién observó un incremento dramático en la resistencia al impacto en copolímeros que contenían más de 14% de fase elastomérica y Kurz [29], quién reportó que las curvas de módulo contra temperatura de los copolímeros eran similares a las del Nylon-6 hasta un contenido de segmentos suaves de 18%; a mayores contenidos de éste, esta propiedad mostró un aumento substancial.

La micrografia de SEM de la Figura 4.9 corresponde a un NBC con un contenido de fase elastomérica de 20% sintetizado en el presente trabajo. En ésta se pueden observar ciertos defectos de borde (zonas blancas) y algunos puntos dispersos (puntos claros), sin embargo, la textura no deja de ser bastante regular. Aunque por la técnica de SEM no se observó la presencia de dos fases, no se puede descartar esta posibilidad si se consideran los resultados obtenidos por DSC, en los cual se observaron dos transiciones térmicas independientes que sugieren una microseparación de fases. El desplazamiento de dichas Tg's también sugiere que existe una cierta compatibilidad entre ambos segmentos. En el caso particular del NBC los bloques de Nylon-6 y los correspondientes al poliéster se - encuentran unidos químicamente por lo que el tamaño de los dominios de cada fase deben - ser muy pequeños, de manera que no es posible detectarlos por SEM.

CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La microscopia electrónica de barrido no permitió distinguir las microfases de los componentes en el NBC (80/20) sintetizado en el laboratorio, sin embargo, el material - presenta propiedades mecánicas comparables a las propiedades del NBC reportado en la literatura y para los cuales se ha reportado no solo la separación de fases sino inclusive una inversión de fases para NBC's con contenidos entre 20 y 30% de fase elastomérica [86].

Figura 4.9. Micrografia electrónica de barrido del NBC con 20% de fase elastomérica.

5000 X.

4.2 Propiedades mecánicas

- Es conocido que el Nylon-6 tiene buenas propiedades intrínsecas, lo que lo hace apto para ciertas aplicaciones. Sin embargo, este material puede ampliar su campo de aplicaciones si - se modifican algunas de sus propiedades. Por ejemplo, introduciendo algunos aditivos a la matriz polimérica como reforzantes, rellenos o hules se pueden hacer modificaciones en la rigidez y estabilidad dimensional del mismo. También, a través del aumento en el peso 77

molecular, en el grado de entrecruzamiento o realizando alguna modificación química del polímero mismo se mejora el módulo elástico. Para la mayoría de los materiales poliméricos que se transforman por procesos convencionales la incorporación de aditivos sólidos ocasiona problemas relacionados con altas viscosidades de fundido, requiriéndose altas temperaturas o elevados esfuerzos de corte, que si bien mejoran su procesamiento, pueden degradarlo. Problemas similares se presentan cuando se manejan polímeros de peso molecular muy grande, que pueden degradarse térmicamente al tratar de fundirlos. Por otro - lado, un post-entrecruzamiento puede ser heterogéneo y causar deformación. En principio, la tecnología RIM parece ser conveniente para resolver los problemas antes mencionados [87], siempre y cuando los materiales cumplan con los requerimientos para utilizar esta tecnología. Una de las características importantes del Nylon-6 es que se adapta a la tecnología RJM tanto en la síntesis del homopolímeros como de copolímeros que dan origen a un amplio intervalo de propiedades, como los NBC, que por ende extienden sus aplicaciones.

Las propiedades mecánicas del NBC están determinadas por el balance entre el contenido de fase elastomérica respecto al contenido de la fase rígida en el material final.

Los bloques de elastómero son los responsables de la resistencia al impacto, mientras que los bloques rígidos proporcionan un alto módulo. La elongación está determinada en gran medida por la dispersión de la fase elastomérica en la fase de Nylon-6, lo mismo que la fatiga. En la Tabla 4.1 se muestran las propiedades mecánicas del copolímero obtenido en el laboratorio con 20 % de fase elastomérica y se compara con las propiedades del Nylon-6 y de algunos copolímeros comerciales con la misma formulación.

Tabla 4.1 Propiedades mecánicas típicas para un NBC con 20% de elastómero

NBC Propiedad mecánica

Tensión (Mpa)

Elongación (%)

Resistencia al impacto (J/m)

Módulo de flexión (Mpa)

Dureza Shore D

Nylon-6 30 32 2689 84

Sintetizado 52 150 1049 1078 78

Comercial [32] 44 285 998 1517 78

Comercial [32] 46 189 Sin rompimiento 1420

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CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la tabla anterior se observa que el copolímero NBC tiene una resistencia al impacto muy superior al homopolímero, sin embargo, su módulo de flexión se ve disminuido, aunque se mantiene en un valor razonable. Si bien todos los copolímeros de la Tabla 4.4 tienen el mismo contenido de fase elastomérica, éstos presentan diferencias significativas - en las propiedades. Algunos poseen una resistencia al impacto muy alta, otros presentan muy alto módulo de flexión y menor resistencia al impacto. Lo anterior se debe posiblemente a diferencias en morfología, estructura del prepolímero así como a las condiciones experimentales en la síntesis de los materiales, entre otras. Aún así, se puede decir que las propiedades mecánicas del NBC sintetizado en el laboratorio simulando el proceso RIM se encuentran en el intervalo de propiedades reportadas para los materiales comerciales. La resistencia al impacto de 1049 J/m, que presenta el NBC es muy superior a la del Nylon-6 homopolímero que es de 32 J/m, aunque el módulo de flexión no se ve disminuido en igual proporción al agregar la fase elastomérica.

En lo referente a la composición del NBC se ha reportado que para un contenido de 10%

de fase elastomérca, el módulo de flexión es de 1931 MPa y la resistencia al impacto de 85 J/m [27]. Esto significa que al aumentar el contenido de fase elastomérica de 10 a 20% hay un cambio dramático en propiedades, sobre todo en la resistencia al impacto. Como se mencionó en secciones anteriores en este intervalo de concentración ocurren cambios importantes en la morfología del sistema que impactan directamente sobre las propiedades.

A contenidos superiores de poliéster las propiedades son características de un elastómero debido a que ocurre una inversión de fases [861. Por ejemplo, un NBC 60/40 tiene un módulo de flexión de 214 MPa y no presenta rompimiento en las pruebas de impacto.