Estudio de los orígenes de las inestabilidades en el procesado de los polímeros
Los polímeros han adquirido un papel esencial y omnipresente en la vida de cada día. Probablemente no es posible imaginar cómo sería la sociedad moderna sin ellos, lo cual es bastante llamativo teniendo en cuenta que apenas hace unas pocas décadas que se utilizan. No obstante, las irregularidades o defectos que aparecen frecuentemente en las superficies de los productos fabricados con polímeros, resultantes de inestabilidades en fases fundidas, los convierten en productos inaceptables comercialmente. A las altas velocidades de proceso que se procesan los polímeros, las inestabilidades en la extrusión de polímeros fundidos se manifiesta en forma de pequeñas distorsiones periódicas o irregularidades severas. Para aumentar la capacidad de producción, es necesario eliminar o prevenir la aparición de inestabilidades en las fases fundidas a mayores velocidades de proceso. Éste ha sido, precisamente, el objetivo del proyecto 3PI, financiado por el 5° Programa Marco. Los socios del proyecto 3PI han realizado una serie extraordinariamente amplia y compleja de experimentos utilizando extrusionadoras fabricadas a medida y con distintas geometrías de boquilla. A continuación se reunieron los resultados obtenidos por varios laboratorios para establecer vínculos entre la aparición de inestabilidades en el flujo de material fundido, las condiciones de proceso y las propiedades reológicas de los polímeros ensayados. Por ejemplo, para caracterizar las inestabilidades elásticas superficiales, se monitorizaron las distorsiones debidas a las tensiones en el interior del polímero fundido durante la extrusión mediante técnicas de birrefringencia inducida por flujo. Los datos recopilados acerca de las concentraciones de tensiones se utilizaron para desarrollar un mapa de procesado que demuestra de qué modo, al cambiar las propiedades del flujo de un líquido polimérico cerca de la ranura de la boquilla, se puede eliminar la textura de piel de tiburón. Por otra parte, se utilizó la velocimetría mediante efecto Doppler por láser para registrar el perfil de velocidades de fluidos complejos poliméricos sometidos a un flujo de cortadura. A ritmos de cortadura por encima del régimen en que se producen las inestabilidades que generan la piel de tiburón, las fluctuaciones de la velocidad y la presión dieron lugar a productos extrusionados caracterizados por la alternancia de zonas rugosas y relativamente lisas. Se considera que las transiciones periódicas entre un deslizamiento débil y otro más marcado de la pared capilar son el origen de esta inestabilidad, tan adecuadamente denominada de adherencia-deslizamiento. Los socios del proyecto 3PI esperan que estos resultados experimentales acerca de los mecanismos de fallo se traduzcan progresivamente en modelos numéricos avanzados destinados a optimizar las condiciones de proceso de los polímeros.
