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Título de Acceso Abierto

Influencia de la microestructura en las propiedades mecánicas dinámicas de caucho natural y estireno butadieno vulcanizados

Silvina Cerveny Angel José Marzocca

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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital

En este trabajo se realiza un estudio experimental del comportamiento mecánico dinámico de compuestos elastoméricos vulcanizados mediante el sistema acelerante/azufre. El conocimiento de las variaciones que se provocan en los parámetros microestructurales de los elastómeros con el grado de vulcanización, es una herramienta imprescindible para la predicción de su comportamiento mecánico. Los materiales estudiados en este trabajo, caucho natural y estireno-butadieno, han sido seleccionados dada su importancia tecnológica actual. En los estudios realizados en caucho natural, se analizó el comportamiento del material con distinto grado de cura mediante ensayos de tracción axial y torsión. Los resultados de tracción, analizados dentro del modelo de reptación adaptado a redes poliméricas de alto peso molecular, permitió separar las componentes del módulo elástico proveniente de los entrecruzamientos fisicos de la red y de los entrecruzamientos químicos (crosslinks). Se establecieron el peso molecular entre crosslinks y la densidad de crosslinks elásticamente activos en función del tiempo de cura y se interpretó este resultado de acuerdo a las reacciones predominantes durante la vulcanización. En el caso de los ensayos dinámicos los resultados se analizaron mediante el modelo KMF que considera la estructura polimérica como una red de cadenas gaussianas ramificadas tipo árbol. A partir del modelo se obtuvo el espectro de relajación estableciendo el tiempo de relajación medio y se calculó la variación del coeficiente de fricción monomérico con el grado y temperatura de cura. Con la finalidad de discernir si los cambios observados en el coeficiente de fricción se atribuyen totalmente a la presencia de crosslinks elásticamente activos, se realizaron ensayos de hinchamiento por solvente (swelling) y resonancia magnética nuclear (RMN) para caracterizar la estructura formada durante la cura. Se observaron, además de los tipos de crosslinks antes mencionados, la presencia de grupos laterales y estructuras que no contribuyen a la elasticidad. Por otro lado, se realizaron ensayos en estireno-butadieno variando su microestructura (contenido cis, trans, vinil y estirenos) y su tiempo de vulcanización. En este caso se efectuaron ensayos dinámicos y dieléctricos, en un amplio rango de temperaturas y frecuencias, con la finalidad de analizar la influencia de la microestructura y el avance de la cura sobre las propiedades mecánicas. Utilizando ensayos mecánico-dinámicos se analizó la influencia del contenido de vinilo sobre muestras de estireno-butadieno en la zona de la transición vítrea. Los datos experimentales se analizaron dentro del marco de la función de Havriliak-Negami que permite modelar materiales que exhiben una distribución de tiempos de relajación muy extensa. A partir del análisis se encontró que la presencia de crosslinks, en redes altamente entrecruzadas, afecta la dinámica local del polímero. Se estableció la variación del coeficiente de fricción monomérico con el grado de cura y con el contenido de vinilo. Los resultados dieléctricos permitieron localizar una transición secundaria (relajación β) en copolímeros de estireno-butadieno. Los resultados muestran que, para polímeros sin vulcanizar, esta relajación es un proceso local que está influenciado por el entorno local de cada unidad monomérica sin fiierte interacción entre grupos vecinos. Además se analizaron la influencia del grado de cura y microestructura sobre esta relajación. Los resultados indican que el nivel de cura afecta la dinámica local del polímero, cuando las redes se encuentran altamente entrecruzadas. Finalmente, hemos podido cuantificar la variación del volumen libre con el grado de cura mediante la introducción de la técnica de aniquilación de positrones. Los resultados confirman las estimaciones indirectas sobre la fracción de volumen libre que hasta el presente se realizan por medio de técnicas mecánico-dinámicas.

Palabras clave – provistas por el repositorio digital

CAUCHO NATURAL; ESTIRENO-BUTADIENO; VULCANIZACION; TRANSICIONES PRINCIPAL Y SECUNDARIAS; PROPIEDADES MECANICAS DINAMICAS; TRACCION; HINCHAMIENTO POR SOLVENTE; RMN; POSITRONES; NATURAL RUBBER; STYRENE-BUTADIENE RUBBER; VULCANIZATION; MAIN AND SECONDARY RELAXATIONS; MECHANICAL PROPERTIES; TRACTION; SWELLING; MNR; POSITRON ANNIHILATION SPECTROSCOPY