PROPIEDADES MECANICAS Y TERMICAS DE LAS ALEACIONES PC/ABS

Valea,A*.; Mondragón,I.; González,M.L

UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO-EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA

Escuela Ingeniería Técnica Industrial (Plaza La Casilla, 3)(48012-BILBAO) Dpto. Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la EUITI Bilbao

* e-mail: iapvapea@lg.ehu.es

RESUMEN

En los últimos años las necesidades del mercado por encontrar materiales plásticos hechos a medida con bajo costo han impulsado el mezclado y la aleación de los polímeros hasta convertirlo en la actualidad en uno de los principales sectores de investigación académica e industrial. La mayoría de las mezclas poliméricas se preparan mediante mezclado mecánico por su simplicidad y bajo costo. Precisamente ésta ha sido la técnica utilizada en este trabajo para obtener aleaciones de policarbonato (PC) con el terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). Se estudia la influencia del porcentaje del PC en la aleación y el efecto de utilizar diferentes pesos moleculares del PC sobre las propiedades térmicas y propiedades mecánicas de la aleación. También se estudian mezclas con dos tipos de ABS (con diferente contenido en butadieno).

ABSTRACT

In the last years, the need of the market to find cheap tailor-made plastic materials has impulsed the mixing and blending of polymers, so is that nowadays it is one of the most important sector of academic and industrial investigation. Most polymeric mixtures are prepared by mechanical mixing because of its simplicity and cheapness. This has been the used technique in this work to obtain polycarbonate (PC) - terpolymer acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) blend. It has been studied the influence of the PC percentaje in the blend and the effect of using different molecular weights of PC on the thermal properties and mechanical properties of the blends. Also it have been studied blends with two grades of ABS (with different content of butadiene).

PALABRAS CLAVE: Polycarbonate; Acrylonitrile/butadiene/styrene (ABS) copolymer; blends; mechanical properties of blends PC/ABS; thermal properties of blends PC/ABS

1. INTRODUCCIÓN En los últimos años las necesidades del mercado por encontrar materiales poliméricos con nuevas aplicaciones(1,2) o con propiedades a medida (3), han impulsado el mezclado y aleación de los polímeros hasta convertir esta técnica en uno de los principales sectores de investigación académica e industrial (4-6). La mayoría de las mezclas poliméricas se preparan mediante mezclado mecánico debido fundamentalmente a su simplicidad y bajo costo (3). Precisamente esta ha sido la técnica seguida en este trabajo. Para mezclas poliméricas la miscibilidad no es por sí misma un criterio de utilidad, ya que existen numerosas mezclas poliméricas comerciales con aplicaciones útiles y específicas que presentan comportamiento de dos fases.

Sin embargo la determinación de la miscibilidad, de las propiedades mecánicas y térmicas (7-9) son necesarias en orden a establecer solidamente los campos de aplicación de los blends. En una aleación PC/ABS se puede tomar en consideración el efecto del PC bajo múltiples puntos de vista (10,12): Considerando el porcentaje del PC en la aleación. Considerando el peso molecular del PC utilizado en la aleación PC/ABS. En el presente trabajo se referencian algunos resultados de un amplio estudio realizado sobre estas aleaciones que incluyen ambas líneas de trabajo.

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2. EXPERIMENTAL 2.1.- Materiales Se han utilizado diferentes grados de policarbonato (PC) suministrados por Bayer, S.A. cuyos indices de fluencia en fundido (MFI) se indican a continuación:

PC15 (MFI = 15,0); PC20 (MFI = 20,0); PC60 (MFI = 60,1) PC10 (MFI = 10,3); PC6 (MFI = 6,3); PC3 (MFI = 3,2) El terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) corresponde a un Cycolac, suministrado por G.E.P. Se ha utilizado un blend de policarbonato / acrilonitrilo-butadieno-estireno (PC/ABS) suministrado por Bayer que ha sido caracterizado por nosotros resultando ser

PC/ABS ÷ 65/35. Como desmoldeante se ha utilizado 1,1,1 – tricloroetano. 2.2.- Procesado

El ABS (porcentaje entre 20-95 %w) y PC se han mezclado en rodillos calefactados (180-195 ºC, dependiendo de la formulación) y a continuación se ha procedido a la compresión en caliente en una prensa Moebius Prototipos, para obtener placas a partir de las cuales se han cortado y mecanizado las probetas. Se han estudiado previamente un extenso ámbito de las condiciones de presión, temperatura y tiempo de procesado para optimizar las propiedades de los materiales obtenidos. 2.3.- Ensayos Los ensayos en tracción se han llevado a cabo en una máquina universal de ensayos Ibertest mod. ELIB W50. La velocidad de ensayo ha sido de 1mm/min según la norma UNE-53023 para ensayo de tracción y UNE-53022 para el de flexión. Las propiedades termomecanicodinámicas se han llevado a cabo sobre un equipo de DMTA Polymer Lab. mod. Mark II con un cabezal de flexión y un sistema criogénico por N2(líq). Los ensayos de índice de fluencia en fundido (M.F.I) se han llevado a cabo en un equipo Ray Ran Ltd. según norma UNE 53200 – DIN 53735. En todos los casos se ha tenido en consideración lo previsto por UNE 53006 – ISO291 referente al acondicionamiento de probetas y atmósferas relativas a los ensayos.

3. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 3.1.- Efecto del porcentaje (en peso) de policarbonato en la aleación PC/ABS.

El policarbonato (PC) fundido presenta una elevada viscosidad y resistencia en fundido, sin embargo el ABS es mas fluido. La presencia del ABS en proporción incluso del 20% es capaz de reducir significativamente la viscosidad de la aleación PC/ABS. Para concentraciones de ABS igual o superior al 35% se observan resultados de viscosidad del fundido para la aleación PC/ABS cercanos o incluso inferiores a los del ABS puro (dependiendo del tipo de ABS y particularmente de la cantidad de polibutadieno - PB - presente en el ABS).

En la Tabla 1 se recogen los valores de las temperaturas de transición vitrea (Tg) correspondientes a las aleaciones PC/ABS en todo el ámbito de composiciones. El PC utilizado tiene un MFI = 15,0 g/10min y una Tg = 146,7ºC, mientras que el ABS utilizado tiene una Tg =101.1ºC. Como puede verse la Tg de la fase rica en PC disminuye al aumentar el contenido en ABS, mientras que la Tg de la fase rica en ABS aumenta al hacerlo el PC en la aleación, como cabe esperar. Tabla 1.- Valores de Tg para cada una de las fases correspondientes a las aleaciones PC/ABS con diferentes porcentajes de PC.

Composición de la aleación (PC/ABS)

Fase rica en PC. Tg (PC) (ºC)

Fase rica en ABS. Tg (ABS) (ºC)

100/0 146,7 ---

80/20 140,4 ---

65/35 138,6 111,2

50/50 135,3 110,6

35/65 131,7 109,7

20/80 130,3 107,7

0/100 --- 101,1

3.2.-Efecto de los diferentes pesos moleculares del pc sobre las propiedades de la aleación PC/ABS = 65/35. La aleación PC/ABS 65/35 es una de las mejores soluciones para este tipo de sistemas PC/ABS, por lo que se utilizará esta composición de referencia para estudiar en este trabajo la influencia que tienen diferentes pesos moleculares del PC (en sentido práctico diferentes MFI y viscosidades) sobre las propiedades de esta aleación. En la Tabla 2 se presentan los valores de Tg para aleaciones PC/ABS 65/35 en las que la variable ha sido el peso molecular del PC, utilizándose seis (6) niveles de variación de esta variable (MFI = 3,2; 6,3; 10,3; 15,0; 20,0 y 60,1 g/10min).

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Tabla 2.- Valores de Tg para aleaciones PC/ABS = 65/35 que tienen diferentes pesos moleculares (diferente MFI) del PC en las aleaciones.

Variación en la (por adición del 2º polímero) Material / MFI Tg (PC) (ºC)

Tg (ABS) (ºC) Tg (PC) fase rica PC Tg (ABS) fase rica ABS

PC3 PC3/ABS

153,2 141,3

--- 107,7

11,9

6,6

PC6 PC6/ABS

149,4 139,0

--- 108,6

10,4

7,5

PC10 PC10/ABS

149,0 138,9

--- 110,3

10,1

9,2

PC15 PC15/ABS

146,7 138,6

--- 111,3

8,1

10,2

PC20 PC20/ABS

148,5 139,7

--- 109,9

8,8

8,8

PC60 PC60/ABS

143,5 135,8

--- 108,6

7,7

7,5

ABS - 101,1 --- ---

Como puede verse en la Tabla 2 el valor de Tg (PC) tiene una dependencia importante con el peso molecular (MFI) del PC utilizado, de forma que al aumentar el peso molecular del PC disminuye, en general, la Tg (PC) aunque parece haber un comportamiento singular para el PC15. Los mayores pesos moleculares del PC producen una disminución en la Tg (PC) de la fase rica en PC y un aumento en la Tg de la fase rica en ABS como consecuencia de la solubilización del SAN en la fase PC. El incremento en la Tg (ABS) de la fase rica en ABS es máximo cuando el PC que entra a formar parte de la aleación tiene MFI = 15.

3.3.- efecto de los diferentes pesos moleculares del pc sobre las propiedades mecánicas de las aleaciones PC/ABS = 65/35. En la Tabla 3 se presentan los resultados obtenidos para las propiedades mecánicas sobre aleaciones PC/ABS = 65/35 que se diferencian en los pesos moleculares (diferentes MFI). Como puede verse en la Tabla 3 los módulos y la resistencia (en tracción y flexión) parecen ser esencialmente independientes del peso molecular del PC, excepción hecha de la aleación PC-3 /ABS que presenta un alargamiento en tracción anormalmente alto comparado con otras aleaciones PC/ABS. Esto ciertamente es lo que cabe esperar, lo que sorprende es la cuantía del efecto.

Tabla 3.- Propiedades en tracción y flexión para aleaciones PC/ABS = 65/35 con PC de diferentes pesos moleculares (diferente MFI) que se citan.

Tipos (MFI) del PC utilizado en la aleación PC/ABS = 65/35 PROPIEDADES

PC3 PC6 PC10 PC15 PC20

- TRACCION

• Módulo (MPa)

• Resistencia (MPa)

• Alargamiento (%)

1880,0 62,6 88,0

1880,0 60,3 33,0

1840,0 59,2 31,0

1850,0 63,6 35,1

1870,0 61,8 26,0

- FLEXION

• Módulo (MPa)

• Resistencia (MPa)

2050,0 88,0

2190,0 91,2

2020,0 89,1

2020,0 84,0

2170,0 89,0

3.4.- Efecto del porcentaje de butadieno (a dos niveles) en el ABS sobre las propiedades de la aleación PC/ABS = 65/35. Como ya se ha indicado, un aumento en el porcentaje de ABS en la aleación PC/ABS disminuye la viscosidad y

por tanto mejora las condiciones de procesado. Sin embargo un aumento en el porcentaje del butadieno en el ABS conduce a un aumento de la viscosidad, tanto del propio ABS como de las aleaciones de las que forma parte.

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En la Tabla 4 se presentan los valores de las temperaturas de transición vítrea (Tg) para aleaciones PC/ABS de composiciones variables en ABS, pero que incorporan unos ABS con dos niveles diferentes de

polibutadieno (concretamente 20% y 30% respectivamente), que se citan con la cifra que acompaña ABS en la Tabla 4 siguiente.

Tabla 4.- Valores de Tg en aleaciones PC/ABS conteniendo diferentes porcentajes de polibutadieno (PB) en el ABS.

Transiciones detectadas DMTA (ºC) Composición de la aleación PC/ABS-30 Tg (PC) Tg (SAN) Tg (PB)

100/0 142,1 --- ---

90/10 140,0 113,1 -72,0

80/20 139,1 115,1 -75,0

70/30 137,6 --- ---

60/40 135,2 108,0 -79,1

0/100 --- 105,2 - 84,1

Composición de la aleación PC/ABS-20

85/15 140,2 115,.3 - 76,8

80/20 --- --- ---

70/30 139,1 113,1 - 77,2

40/60 138,3 107,2 - 79,1

0/100 --- 105,2 - 84,1

Como puede verse en la Tabla 4 la Tg correspondiente a la fase rica en PC disminuye al aumentar el porcentaje de ABS (para los dos tipos de ABS estudiados con 20% y 30% PB respectivamente) como consecuencia de la solubilización mutua. También la Tg correspondiente a la fase rica en SAN parece muy sensible a la composición de la aleación. De manera análoga, también parece haber una disminución sistemática en la Tg correspondiente al polibutadieno de las aleaciones del PC con los ABS-30 y del ABS-20 al aumentar el porcentaje del ABS en la formulación, lo que confirma el efecto que produce la solubilización mutua ya citada.

AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer el soporte económico del MEC a través de MAT2006-13313-CO2-02 y de la UPV-EHU a través del programa de ayudas a grupos de investigación GIU05/34

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[11]Valea,A.; Mondragón,I.; González,M.L.; “

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