Influencia de la microestructura en las propiedades mecánicas dinámicas de caucho natural y estireno butadieno vulcanizados - Cerveny, Silvina (2000)
En este trabajo se realiza un estudio experimental del comportamiento mecánicodinámico de compuestos elastoméricos vulcanizados mediante el sistema acelerante/azufre. Elconocimiento de las variaciones que se provocan en los parámetros microestructurales de loselastómeros con el grado de vulcanización, es una herramienta imprescindible para lapredicción de su comportamiento mecánico. Los materiales estudiados en este trabajo, cauchonatural y estireno-butadieno, han sido seleccionados dada su importancia tecnológica actual. En los estudios realizados en caucho natural, se analizó el comportamiento del materialcon distinto grado de cura mediante ensayos de tracción axial y torsión. Los resultados de tracción, analizados dentro del modelo de reptación adaptado a redespoliméricas de alto peso molecular, permitió separar las componentes del módulo elásticoproveniente de los entrecruzamientos fisicos de la red y de los entrecruzamientos químicos (crosslinks). Se establecieron el peso molecular entre crosslinks y la densidad de crosslinkselásticamente activos en función del tiempo de cura y se interpretó este resultado de acuerdo alas 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 ramificadastipo árbol. A partir del modelo se obtuvo el espectro de relajación estableciendo el tiempo derelajación medio y se calculó la variación del coeficiente de fricción monomérico con el grado ytemperatura de cura. Con la finalidad de discernir si los cambios observados en el coeficiente defricción se atribuyen totalmente a la presencia de crosslinks elásticamente activos, se realizaronensayos de hinchamiento por solvente (swelling) y resonancia magnética nuclear (RMN) paracaracterizar la estructura formada durante la cura. Se observaron, además de los tipos decrosslinks antes mencionados, la presencia de grupos laterales y estructuras que no contribuyena 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 efectuaronensayos dinámicos y dieléctricos, en un amplio rango de temperaturas y frecuencias, con lafinalidad de analizar la influencia de la microestructura y el avance de la cura sobre laspropiedades mecánicas. Utilizando ensayos mecánico-dinámicos se analizó la influencia del contenido de vinilosobre muestras de estireno-butadieno en la zona de la transición vítrea. Los datosexperimentales se analizaron dentro del marco de la función de Havriliak-Negami que permitemodelar 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, afectala dinámica local del polímero. Se estableció la variación del coeficiente de fricciónmonomérico 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 sinvulcanizar, esta relajación es un proceso local que está influenciado por el entorno local decada unidad monomérica sin fiierte interacción entre grupos vecinos. Además se analizaron lainfluencia del grado de cura y microestructura sobre esta relajación. Los resultados indican queel 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 decura mediante la introducción de la técnica de aniquilación de positrones. Los resultadosconfirman las estimaciones indirectas sobre la fracción de volumen libre que hasta el presente serealizan por medio de técnicas mecánico-dinámicas.