La figura 5.68, muestra los resultados obtenidos mediante el ensayo de las propiedades mecánicas de deformación-tracción. Estas propiedades se analizaron con diferentes concentraciones y tamaños de las partículas de GTR en la matriz del PA.
La figura 5.68-a muestra el Módulo de Young del compuesto, y la figura 5.68-b muestra la resistencia a la rotura. Se observa que la resistencia a la rotura para concentraciones pequeñas en GTR (de hasta el 10%) aumenta ligeramente con respecto al PA original, pasando de un valor cercano a 45 MPa a casi 50 MPa para grandes tamaños de partículas (>500µm). Se experimentan descensos en mayor cuantía, con los restantes tamaños de partícula, pasando el módulo de Young de los 45 MPa originales a unos valores de 35 MPa y 44 MPa para la misma concentración en GTR y tamaños de partícula de <200µm y 200-500µm respectivamente.
Este hecho es debido a que las grandes partículas, en bajas concentraciones, tienen una mejor integración en la matriz de PA y proporcionan una menor probabilidad de grietas. Esto se debe al tamaño relativamente grande de la molécula del PA, que hace que se integren mejor partículas grandes (>500 µm) que partículas pequeñas, la acumulación de partículas pequeñas en bajas concentraciones provoca una baja cohesión de la matriz y el refuerzo, este comportamiento es específico de este material para bajas concentraciones refuerzo. Cuando el contenido del GTR sigue aumentando por encima del 10% en GTR, la adhesión interfacial se debilita provocando una disminución de la rigidez en todos los casos, llegando a un comportamiento similar al de otros polímeros analizados. Así, para concentraciones del 40%, y 50% en GTR los valores son inferiores a
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YOUNG'S MODULUS 0 10 20 30 40 50 0% 5% 10% 20% 40% 50% 70% Tyre content (%) Y o u n g 's m o d u lu s ( M P a ) P<200µm 200µm<P<500µm P>500µmlos del PA puro para el tamaño de partícula <200µm, para concentraciones del 70% en GTR, se encuentran, ya valores de resistencia a la rotura muy parecidos, sin importar, en este caso el tamaño de las partículas M ÓDULO DE YOUNG 0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00 0% 5% 10% 20% 40% 50% 70% Contenido de NFU (%) M ó d u lo d e Y o u n g (M P a ) P<200µm 200µm<P<500µm P>500µm RESISTENCIA A LA ROTURA 0,0000 10,0000 20,0000 30,0000 40,0000 50,0000 60,0000 0% 5% 10% 20% 40% 50% 70% Contenido de NFU (%) R e s is te n c ia a l a r o tu ra (MP a ) P<200µm 200µm<P<500µm P>500µm
Figura 5.68. a) Módulo de Young (MPa). b) Tensión a la Tracción (MPa), para diferentes
concentraciones del PA/GTR y tamaños de partícula.
La figura 5.68-a, muestra el Módulo de Young, con un comportamiento muy parecido al de la resistencia a la rotura, mostrando una disminución ya desde bajas concentraciones de GTR. Así, para concentraciones en GTR del 5%, las disminuciones ya son significativas (para tamaños de partículas <200µm y 200-500µm).
A partir del 40% en GTR, los valores caen de forma pronunciada sin importar el tamaño de la partícula ni la concentración del GTR en la matriz, dando valores entre 2-4 veces menores que el PA original, lo que demuestra la mala compatibilidad entre componentes cuando se aumenta el porcentaje de refuerzo. ALARGAMIENTO A LA ROTURA 0,0000 2,0000 4,0000 6,0000 8,0000 0% 5% 10% 20% 40% 50% 70% Contenido de NFU (%) A la rg a m ie n to a a l a ro tu ra ( % ) P<200µm 200µm<P<500µm P>500µm DUREZA 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 0% 5% 10% 20% 40% 50% 70% Contenido de NFU (%) D ur e z a P<200µm 200µm<P<500µm P>500µm
Figura 5.69. a) Elongación a la Rotura (%). b) Energía a la Rotura (J), para diferentes concentraciones de PA/GTR y tamaños de partículas.
La adición de partículas de neumáticos reutilizados en todos los compuestos produce una notable mejora de la elongación a la rotura (Fig. 5.69-a) y de la dureza (Fig. 5.69-b). Así, para tamaños de partículas <200µm la elongación a la rotura de los compuestos del GTR muestran aumentos de entre 3-4 veces más para las concentraciones del 50% y 70% en GTR respectivamente. A partir de una concentración de prácticamente el 5%, los valores son siempre mejores al del PA puro.
Para la dureza, este comportamiento es parecido, siendo ya 2-3 veces superiores al del PA puro con concentraciones del 50%, aunque para concentraciones del 5% empeora mucho este dato para tamaños de partícula <200µm. Las consideraciones sobre el tamaño de las partículas son muy importantes en este caso, mostrándose importantes diferencias. El aumento de la elongación a la rotura está relacionada con que el GTR tiene una mejor elongación que el PA, estos materiales se integran moderadamente bien, así la relación interfacial imperfecta entre los componentes hace que mejoren las propiedades de dureza y elongación. Comparativamente, el PA es uno de los materiales con menor elongación de los que se han analizado, así que no va a ser difícil mejorar estas propiedades con el refuerzo de GTR
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5.5.5. CONCLUSIONES
Las microfotografías SEM muestran diferencias relativas en los resultados en función del tamaño de las partículas y de su concentración. Referente al tamaño de las partículas, cuando son de pequeño tamaño se adhieren mejor a la matriz debido a su alta rugosidad específica y a la escasa magnitud de sus poros y grietas. Por el contrario, las partículas grandes provocan un aumento de las fallas y grietas en la matriz, empeorándose la adhesión interfacial. La concentración de GTR también influye en la microestructura del compuesto mostrando una moderadamente buena cohesión en la interfase en todos los casos.
Mediante DSC se han observado como las partículas de GTR no influyen en el grado de cristalinidad del PA, aunque si limitan ligeramente el aumento del grosor de las lamelas. A pesar de ello las diferencias observadas en la temperatura de fusión (grosor de la lamela) no son suficientemente significativas para justificar los cambios observados en las propiedades mecánicas, que deben atribuirse a cambios en las partículas y en la interfase matriz/partícula.
Los ensayos deformación-tracción muestran como, al añadir el GTR en la matriz y especialmente para tamaños de partícula pequeños, aumenta el alargamiento a la rotura y la dureza del compuesto, a pesar de que las otras propiedades mecánicas disminuyen. Este comportamiento puede relacionarse con que para estas formulaciones la unión refuerzo-matriz es correcta [14] por lo que ciertas propiedades mecánicas como la elongación a la rotura mejoran. Sin embargo, rebasada la concentración del 20% en GTR, y con comportamientos que varían en función del tamaño de partícula y concentración de GTR, las propiedades mecánicas del Módulo de Young y Resistencia a la Tracción disminuyen, siendo este descenso más significativo cuando se utilizan grandes tamaños de partícula, el caso contrario son las propiedades de la dureza y el alargamiento a la rotura.
La conductividad, así como la permitividad y el factor de pérdidas dieléctricas aumentan con la concentración de GTR en los compuestos. Como ocurre en materias similares, la conductividad en corriente alterna presenta un comportamiento de dispersión lineal en todos los casos.
Sin embargo, mientras que la conductividad DC aumenta fuertemente con la temperatura, disminuye la conductividad de CA. Con respecto a la permitividad dieléctrica y el factor de pérdidas, se observa una disminución de la frecuencia en las bajas frecuencias, mientras que la relajación del PA puede ser detectada en las frecuencias altas y temperatura ambiente y otra en bajas frecuencias y altas temperaturas (MWS).
Trazando ε’ y ε" frente a la temperatura se observa una tendencia a aumentar. Para llevar a cabo un análisis de la relajación conductora se explica mediante el formalismo del módulo eléctrico. El diferente comportamiento exhibido por el pico de la relajación por debajo y por encima de 120 ºC ha dado lugar a un análisis arrhenius. Al ajustar el modelo de Arrhenius para los mecanismos térmicos activados se ha obtenido el tiempo de relajación característico y la energía de activación en el régimen térmico (MWS) para PA y las concentraciones de GTR/ PA. En la gama de temperaturas más bajas no hay una correlación clara entre el contenido de GTR y los parámetros de relajación. El tiempo de relajación disminuye con el contenido GTR. Las diferencias por encima de 120ºC se explican por medio de la fusión fase cristalina. Del gráfico de Argand se puede observar que los electrodos no se obstruyen en la muestra de PA y se obstruyen en mayor medida al aumentar el contenido en GTR, aunque no se bloquean y no se observa una relajación de Coelho [11] (semicírculo). Por último, la alta conductividad (relativamente) del PA aumenta con la adición de GTR para altas concentraciones (sobre todo por encima del 40% GTR) llega a aumentar en 2 órdenes de magnitud la conductividad. Los resultados alcanzados con el análisis de estos compuestos, obtenidos exclusivamente a partir de cauchos reciclados, nos indica que considerando solamente el tamaño de la partícula de GTR como variable, la concentración límite para que las propiedades dieléctricas y mecánicas del compuesto mantengan unos valores aceptables, está alrededor del 20% de concentración del GTR. Deberían probarse otros métodos como el desvulcanizado previo del GTR, para comprobar si estos porcentajes pudieran elevarse hasta el 40% en GTR.
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