LDPE and PP thermal diffusivity in molten state

Difusividad térmica de mezclas de LDPE y PP en estado fundido

Se reportan los resultados experimentales de la medición de la difusividad térmica de dos especies poliméricas: polietileno de baja densidad (LDPE) y polipropileno (PP). Las medidas fueron realizadas en condiciones de flujo de calor no estacionario, usando un dispositivo especialmente construido para ello y a temperatura alrededor de la de fusión de los materiales. Los resultados experimentales del perfil de temperatura a través de las muestras, producto de la existencia de un gradiente de temperatura en ellas, fueron ajustados con los resultados teóricos obtenidos de la solución de la ecuación de conducción del calor. Los valores de difusividad hallados fueron α =6.92 x 10-7 m2⁄s y α =5.53 x 10-7 m2⁄s para LDPE y PP respectivamente. Este es un trabajo pionero en la medición de esta propiedad a temperaturas elevadas, en condiciones de flujo de calor no estacionario, y ello es útil en la búsqueda de mejoras de las condiciones de procesado en estos materiales.

Introducción

Tanto la difusividad como la conductividad térmicas representan las propiedades físicas más importantes de un material que debe medirse cuando hay que evaluar la transferencia de calor a través de él. El calor puede fluir a través del material de forma constante o inestable; en el primer caso, el flujo de calor a través del material no varía con el paso del tiempo, mientras que en el segundo se caracteriza por la variación de la temperatura (tiempo y posición) dentro del material (perfil de temperatura a través de las muestras). Comprender esto es esencial a la hora de diseñar los materiales necesarios para usos específicos y las especificaciones térmicas requeridas. Por ejemplo, el conocimiento de las propiedades térmicas de un material a temperaturas cercanas a la fusión es de vital importancia para mejorar las condiciones de procesamiento, lo que permite mejorar las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales, ya que el enfriamiento transitorio afecta al grado de cristalización y aumenta la resistencia y la densidad del material (J. Papa et al., 2002).

Varios investigadores han medido las propiedades térmicas en relación con el flujo de calor no permanente. Esto ha llevado a diseñar dispositivos de medición basados en la resolución de una ecuación general para la conducción del calor. Gustafsson desarrolló un dispositivo denominado HotDisk para medir las propiedades térmicas de los materiales sólidos y líquidos (Gustafsson, 1990); el método se basaba en la técnica del plano de la fuente transitoria (TPS) que utiliza una fuente plana que actúa simultáneamente como sensor de temperatura y fuente de calor, como un alambre fino que se utiliza en el método del hilo caliente (Yi He 2005, 122-134; Bouguerra et al., 2001; Dos Santos, 2005). Un elemento TPS está formado por una fina lámina de metal en forma de doble espiral, que se asemeja a un fino disco caliente, sumergido en el material a medir.