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Paper 2: Speaking in French Task 2: Picture-based task
A continuación se describe cómo se evalúan los parámetros anteriores en una curva carga/alargamiento (Fig.57).
Fig.57. Parámetros de la curva carga/alargamiento
a) Módulo inicial
El módulo inicial corresponde al cociente entre la variación del esfuerzo y la variación del alargamiento en el tramo inicial recto de la curva carga/alargamiento. En esta zona se cumple la ley de Hooke, en donde los alargamientos experimentados por el hilo son directamente proporcionales a las fuerzas aplicadas93.
Por definición se entiende como módulo inicial o módulo de Young93 el resultado de multiplicar por cien el esfuerzo necesario para producir un alargamiento unitario.
b) Módulo postfluencia
El módulo después de la fluencia sólo puede ser determinado cuando el tramo correspondiente presenta una suficiente linealidad.
El esfuerzo de fluencia puede ser calculado por extrapolación cuando el tramo postfluencia es lo suficientemente lineal. Se traza una línea paralela a la del módulo inicial desde el punto del eje horizontal que corresponde a una extensión del 1%. El esfuerzo correspondiente al punto de intersección de esta línea con la curva carga/alargamiento recibe el nombre de esfuerzo de fluencia y alargamiento de fluencia la extensión que le está asociada.
139 c) Módulo de refuerzo
El módulo de refuerzo se calcula del mismo modo que el de postfluencia. En la curva carga/alargamiento de algunas fibras no se aprecia la presencia de una zona de refuerzo, mientras que en otras la ausencia de la linealidad impide el cálculo del módulo de refuerzo.
d) Desplazamiento de refuerzo
El parámetro conocido como desplazamiento del módulo de refuerzo permite conocer a que altura de la zona postfluencia se presenta el módulo de refuerzo. Cuanto más se desplaza la zona de refuerzo sobre la zona postfluencia mayor es la energía o trabajo necesario para romper la fibra por tracción.
e) Energía de ruptura
La energía de rotura se calcula midiendo el área de la superficie delimitada por la curva carga/alargamiento y convirtiendo este valor en las dimensiones correspondientes. Se mide en cN/dtex.
f) Rigidez media
La rigidez media corresponde al cociente entre la tenacidad y el alargamiento a la rotura. Se expresa en cN/dtex.
g) Trabajo medio
El trabajo medio o aguante medio corresponde al semiproducto de la tenacidad por el alargamiento porcentual a la rotura.
La rigidez media mide la capacidad de una fibra para soportar una carga sin deformarse, en tanto que el aguante medio informa de la capacidad de una fibra para soportar deformaciones permanentes prolongadas sin romperse.
Perego et al.95 trabajaron con PLLA con pesos moleculares entre 35000 y 55000 Daltons. Encontraron un aumento de alrededor del 20% en el modulo de elasticidad para la poli(L-lactida) comparada con poli(D,L-lactida). Además, demostraron que la resistencia está fuertemente influenciado por la cristalinidad.
Solarski et al., estudiaron la influencia de la temperatura de estirado sobre las propiedades mecánicas de los filamentos de PLA. Concluyeron que un aumento en la temperatura del estirado producía filamentos de PLA con mejores propiedades mecánicas. El modulo de Young y el alargamiento a la tensión máxima eran óptimos cuando la temperatura de estirado era de 110ºC. Esta mejora en las propiedades
mecánicas la explican por la mejor orientación molecular observada con MDSC y XRD.96
El estirado aplicado a los filamentos es conocido por mejorar las propiedades de resistencia. El estirado de los filamentos de PLA consigue un alineamiento de las macromoléculas en dirección al estirado, lo que provoca un aumento en el modulo de Young y de la resistencia a la tracción.97
En la Tabla 11 se han recogido las propiedades de las fibras (filamento) de PLA y otras hiladas por fusión .
Tabla 11. Comparación de las propiedades de las fibras de PLA con otras fibras hiladas por fusión
Fibra Módulo de Young (MPa) Fuerza (cN/tex) Alargamiento a la rotura (dN/tex) Recuperación elástica** (%) Polilactida 4000-6000 40-55 30-40 64 Polipropileno 2000-3500 35-50 40-60 98-100 Polietilentereftalato 4000-8000 35-50 30-50 60-65 Poliamida 2000-4000 35-50 40-50 95-98 * En condiciones estándar
**Para una deformación inicial del 10%
En la Tabla 12. Condiciones de producción y propiedades de fibras de PLA hiladas por fusión.
Tabla 12. Condiciones de producción y propiedades de fibras de PLA hiladas por fusión.98 Referencia D- contenido (%) Relación de estirado Temp. de estirado (ºC) Módulo de Young (MPa) Módulo (GPa) Diámetro de la fibra (μm) Penning 99 0-15 7-9 60-100 185-530 0,5-0,93 - Cicero100 4 4-8 - 60-400 0,5-3,1 Frambri 74 0 7-21 160 870 9,2 48-106 Eling 71 0 8-25 110 480-500 6-7 - Schmak et al.73 4 4-6 65-100 198-450 3,1-6,3 <500 Cicero 101 2 1-8 - 100-350 1-3 300 Megazghani102 0,7 - - 90-380 3,6-6,0 12-73 Yuan 103 0 4,7-5,9 120 42-103 1,2-5,4 110-360
141 2.5 Peso molecular
2.5.1 Introducción
Los polímeros están formados por moléculas de diferentes tamaños distribuidas según una función de probabilidad que está gobernada por el mecanismo de la reacción de polimerización y por las condiciones bajo las que esta se lleva a cabo104. Por tanto, cuando se hable del peso molecular de un polímero, se trata del peso molecular medio y es importante especificar cómo se ha determinado, ya que algunos métodos son sensibles al número de moléculas presentes (peso molecular medio numérico: Mn), mientras que otros se basan en el tamaño de las moléculas (peso molecular medio en peso: Mw).
Se definen, entre otros, los siguientes pesos moleculares medios105: Peso molecular medio en peso:
Mw= wi w×Mi=
∑ ni i×Mi2 ∑ ni i×Mi i
Peso molecular medio en número:
Mn= ni n×Mi= ∑ ni i×Mi ∑ ni i i
donde ni es el número de moles de peso molecular Mi presentes en la muestra wi es el peso del polímero de peso molecular Mi.
Para un polímero polidisperso, los pesos moleculares citados, se distribuyen como se muestra en la Fig.58.
Fig.58. Distribución de pesos moleculares de un polímero
de donde se deduce que
Mn < Mw
En cualquier proceso de polimerización, el producto resultante no es una mezcla totalmente regular en cuanto a las longitudes de cadena, sino que corresponde a una distribución determinada por el mecanismo de reacción de polimerización o policondensación correspondiente. Para caracterizar un polímero en cuanto a peso molecular, sería necesario conocer la distribución de los distintos pesos moleculares o grados de polimerización de las cadenas, y además su peso molecular medio.
Se conoce como la polidispersidad de un polímero el cociente Mw⁄Mn. Este valor no aporta ninguna información sobre la curva de distribución de los pesos moleculares, pero sí sobre la heterogeneidad del compuesto polimérico, lo que es lo mismo para evaluar la anchura de la curva de distribucion de los pesos moleculares, ya que relaciona dos pesos moleculares medios, de diferente valor en caso de polímeros polidispersos pero de igual valor en el caso de los polímeros monodispersos.