Entre las propiedades mecánicas, la resistencia al impacto y al rasgado son muy importantes cuando se trata de películas finas de polímero obtenidas por el método de extrusión-soplado. Dow® Chemical Ibérica, S.L. ha suministrado esta información tanto para los polímeros puros que actúan como matriz de las mezclas (LLDPE1 y LLDPE3), como para sus mezclas al 20%, en el caso del LDPE5. No se dispone de la información pertinente sobre las mezclas con LDPE1, ya que, llegados a este punto, el interés estratégico de la compañía quedó centrado en las mezclas que tenían menor grado de orientación.
La resistencia al impacto de los materiales está relacionada con la capacidad que éstos tienen para absorber energía tras recibir un golpe, es decir, la tenacidad que presentan. Los polietilenos, al ser polímeros flexibles presentan una alta resistencia al impacto debido a la habilidad que poseen los segmentos moleculares para desenmarañarse y responder rápidamente al esfuerzo mecánico. Pero este tipo de ensayos también puede suministrar información acerca de la orientación del material, al aumentar el grado de orientación en la muestra se produce una disminución en la resistencia al impacto.149 En las muestras aquí estudiadas se ha empleado el ensayo de dardo, que es el que se emplea comúnmente en películas finas. Este ensayo consiste en dejar caer el dardo al que se van añadiendo pesas hasta obtener el peso que logre romper completamente la muestra. En la Figura III.24 se muestran las dos matrices estudiadas y sus respectivas mezclas con el LDPE5.
Figura III.24.Resistencia al impacto por dardo para las dos matrices LLDPE1 y LLDPE3 (barras negras) y sus respectivas mezclas con LDPE5 al 20% (barras grises). Datos suministrados por Dow® Chemical Ibérica, S.L.
Lo primero que llama la atención, es el elevado valor de resistencia al impacto del polímero puro LLDPE1, que está indicando que tiene una gran capacidad para responder a la deformación, lo cual está de acuerdo con su arquitectura molecular, ya que es un material más homogéneo que el LLDPE3, y que presenta una resistencia considerablemente menor. Al añadir el LDPE5 se produce una disminución apreciable en la resistencia al impacto de las mezclas. Esta disminución se puede atribuir al aumento del grado de orientación en las películas. Sin embargo, esta disminución no es equivalente en las dos mezclas estudiadas. Añadir únicamente un 20% de LDPE5 cuando la matriz es LLDPE1, produce una disminución del 60%, respecto al valor inicial de la matriz, sin embargo cuando se añade la misma fase dispersa al LLDPE3, la disminución que se produce es de un 30%. Parece ser que la distinta interacción que se ha apreciado en las mezclas mediante calorimetría diferencial de barrido (sección III.1) también se traduce en esta propiedad. Las muestra con LLDPE3, en la que se aprecia una interacción mayor que en el LLDPE1, produce un menor descenso en esta propiedad.
Generalmente se emplea el método de Elmendorf. Esta prueba consiste en realizar un corte a partir del cual se rasga el material mediante la liberación de un péndulo. El trabajo realizado se contabiliza a partir de la energía residual del péndulo. Se ha determinado la resistencia al rasgado en dos direcciones; la dirección de máquina y la dirección transversal, como se muestra en la Figura III.25. En todos los casos la propiedad en la componente transversal es mayor que en la dirección de máquina, este comportamiento ha sido observado en la bibliografía para los polietilenos lineales como el LLDPE y HDPE,149,150 y es el mismo que se ha encontrado en el módulo elástico; dónde en general, el E’ en la dirección longitudinal es inferior al módulo en la dirección transversal. Este tipo de materiales tienen una fracción, relativamente alta, de moléculas con alto peso molecular capaces de enlazarse entre las distintas lamelas. En respuesta al flujo extensional que sufre el material durante el proceso de extrusión-soplado, estas moléculas enlazadas son capaces de extenderse a lo largo de la dirección del flujo, lo que implica una gran resistencia en la dirección transversal, ya que para rasgar el material en esa dirección hay que romper enlaces covalentes que son inexistentes en la dirección de máquina. Lee y col.150 proponen el esquema que se muestra en la Figura III.26 para representar este hecho.
Figura III.25. Resistencia al rasgado mediante el test de Elmendorf para las dos matrices LLDPE1 y LLDPE3 y sus respectivas mezclas con LDPE5 al 20%. Las barras negras indican la resistencia al rasgado medida en la dirección transversal (TD) y las barras grises en la dirección de máquina (MD). El número que aparece encima de las barras indica el cociente entre el valor en la dirección de máquina y la dirección transversal. Datos suministrados por Dow® Chemical Ibérica, S.L.
Figura III.26.Representación esquemática de la dirección de rasgado preferente en polietilenos lineales (HDPE y LLDPE) propuesta por Lee y col.150 Los trazos continuos representan la fracción cristalina, mientras que la fracción amorfa capaz de enlazarse entre lamelas esta representada en negrita para que se diferencie mejor.
El número que aparece encima de las barras en la Figura III.25 indica el cociente entre el valor de la resistencia al rasgado en la dirección de máquina y la dirección transversal. Es un índice que muestra la anisotropía al rasgado que presenta un material. En el caso de los dos LLDPE puros, hay diferencias importantes, teniendo en cuenta que ambos materiales tienen pesos moleculares similares y las películas se han obtenido bajo las mismas condiciones de procesado. En valor absoluto, la resistencia al rasgado es más elevada en el caso del LLDPE3 y si lo que se evalúa es el índice de anisotropía también muestra comportamientos distintos. El índice para el LLDPE1 es 0.92, mientras que para el LLDPE3 es 0.82. Estas diferencias se explican perfectamente mediante el modelo propuesto por Lee y col.150 La mayor anisotropía que existe en el caso del LLDPE3 es debida a la fracción lineal de alto peso molecular que posee este material, que permite extenderse a las moléculas en la dirección de flujo como explica su modelo. Sin embargo, en el caso del LLDPE1 la anisotropía al rasgado que se encuentra es considerablemente menor. Esto es habitual en el caso de LLDPE metalocénicos ya que estos materiales se caracterizan por tener una distribución de pesos moleculares estrecha, por lo que en el proceso de extrusión
que prácticamente no hay orientación y tampoco presentan gran anisotropía en las propiedades de rasgado.
Al añadir la fase dispersa, LDPE5 al 20%, se produce un aumento considerable en la anisotropía al rasgado. La resistencia en la dirección transversal aumenta respecto a la resistencia que exhibían los LLDPE puros (aunque el aumento en la muestra con LLDPE3 es muy pequeño, debido a que esta matriz ya presentaba un valor muy alto por la fracción de alto peso molecular que posee), mientras que se produce una disminución importante en la dirección de máquina. Las fases dispersas se extenderán en la dirección de flujo en el proceso de extrusión-soplado, dificultando el rasgado en la dirección transversal y favoreciéndolo en la dirección de máquina. En valor absoluto, al igual que ocurre con las matrices, la mezcla cuya matriz es LLDPE3 presenta una mayor resistencia; sin embargo, si se calcula el índice de anisotropía para ambas mezclas el resultado es similar, alrededor de 0.5. Es decir, rasgar las mezclas en la dirección transversal es aproximadamente el doble de costoso que hacerlo en la dirección de máquina. Por lo que, a diferencia de la resistencia al impacto, en este caso el aumento de anisotropía es el mismo y parece depender únicamente de la fase dispersa. La distinta interacción que se establece entre el LDPE y la matriz no parece influir en la resistencia al rasgado.