Aplicación de un modelo reológico no lineal a los sistemas poliméricos de cizallamiento espigado

Application of Non-Linear Rheological Model to Shear-Tickening Polymeric Systems

El comportamiento de espesamiento por cizallamiento (dilatante) es común en varios sistemas poliméricos, pero no en los polímeros puros. Existen muchas teorías que pueden utilizarse para describir el espesamiento por cizallamiento y algunos modelos matemáticos que se ajustan a los datos experimentales de tres de sus seis tipos: dilatante, newtoniano-dilatante, newtoniano-dilatante-pseudoplástico, viscoplástico-dilatante, pseudoplástico-dilatante y secuencias newtoniano-pseudoplástico-newtoniano-dilatante. Este trabajo aborda el comportamiento de las secuencias newtoniano-dilatante-pseudoplástico y propone un modelo híbrido, no lineal y viscoso para ajustar los datos experimentales de los sistemas que presentan dicho comportamiento reológico. Los sistemas investigados fueron: a) solución de α,ω poli(t-butilestireno) en un aceite mineral (3g/dl) (muestra 1) y b) suspensión de partículas de copolímero estireno - acrilato de metilo (S-co-MA) (15% vol.) en una solución de poli(ácido acrílico) (PAA) (1% peso) y agua (muestra 2). El modelo propuesto concuerda con los datos experimentales analizados.

INTRODUCCIÓN

Entre los fenómenos no newtonianos, la dilatancia, caracterizada por el aumento continuo de la viscosidad con la velocidad de deformación[1], es uno de aquellos cuya aparición no es muy fácil de observar por una o varias de las siguientes razones: 

a) Exigencia de un valor crítico para la tasa de velocidad;  

b) Sigue un comportamiento newtoniano;  

c) Precede a un comportamiento pseudoplástico;  

d) Exigencia de superar un valor crítico para la fase dispersa en las suspensiones.

Además de lo anterior, la dilatancia es difícil de observar en la mayoría de los reómetros comerciales, porque a menudo se confunde con oscilación mecánica[2,3] o desviación experimental. Tampoco hay registros en la literatura que indiquen que este comportamiento ocurra en polímeros puros (sintéticos o naturales). 

Aunque es un fenómeno deseable para campos tan diversos como la medicina y aplicaciones mecánicas, la dilatancia es la causa de drásticos fallos en equipos de la industria de procesos diseñados para trabajar con materiales de una determinada viscosidad, cuyos límites se sobrepasan debido al aumento de la viscosidad durante el procesamiento de los materiales[4].