Preparación y caracterización de probetas microespumadas mediante moldeo por inyección MuCell® de polipropileno cargado con fibras de vidrio

Abstract

Este proyecto de final de carrera se enmarca en un estudio más amplio que tiene por objetivo la reducción de peso de componentes de automoción para disminuir las emisiones de los vehículos. En este PFC se preparan y caracterizan probetas de polipropileno con 20% en peso de fibra de vidrio (PP+GF20) inyectadas mediante microespumación física a fin de estudiar el efecto de la reducción de peso y variación de la morfología de las piezas espumadas sobre sus propiedades mecánicas. Se inyecta PP+GF20 en un molde de cuatro cavidades en forma de barras cilíndricas de 300 mm de longitud. Cada barra tiene zonas con diferentes diámetros (4, 5 y 8 mm) a lo largo de su longitud. Se utiliza una máquina de inyectar de 110 toneladas con un sistema de microespumación física MuCell®. Variando la proporción de PP+GF20 y fluido supercrítico (N2) se obtienen barras macizas, de 10 %, de 20 % y de 34% de reducción de peso Se realiza una caracterización de estas barras: morfológica y mecánica. La caracterización morfológica se llevará a cabo mediante microscopia electrónica de barrido, análisis de imagen y calcinación. Con ello podemos determinar los tamaños de celda, densidades celulares, espesores de piel maciza y núcleo espumado y contenido de fibras de vidrio. La caracterización mecánica se realiza mediante ensayos de tracción con los que se obtiene la tensión de cedencia y el módulo de elasticidad. El estudio morfológico indica como resultado que todas las probetas espumadas presentan dos zonas: una piel maciza y un núcleo espumado. En la zona espumada, el tamaño de las celdas aumenta progresivamente desde la piel hacia el núcleo. En función del grado de espumación, este tamaño y la densidad celular de la probeta variará. También se observa como las fibras de vidrio sirven como punto de nucleación de las celdas dando una distribución homogénea. Esta caracterización se completó mediante tomografía computarizada, gracias a una colaboración con la Universidad de Johannes Kepler de Linz (Austria), que pone de manifiesto que las fibras se orientan en la dirección de inyección. Por último, mediante calcinación hasta peso constante se ha analizado el contenido promedio de fibra de vidrio en los diferentes diámetros y niveles de espumación. En la caracterización mecánica, mediante ensayos de tracción, se observa una disminución de la resistencia máxima y del módulo de elasticidad a medida que aumenta el tanto por ciento de espumación del material, tal como cabía esperar. Se ha relacionado estos parámetros mecánicos con la morfología del material, poniendo en evidencia una mayor influencia de la densidad aparente del material que de la morfología celular.