Técnica del hilo caliente en la determinación de las propiedades térmicas de polímeros fundidos

Hot Wire Technique in the Determination of Thermal Properties of Melt Polymers

La naturaleza de la estructura molecular de los plásticos hace que las propiedades de estos materiales dependan notablemente de la temperatura. La conductividad térmica, la difusividad térmica y el calor específico, es decir, las propiedades térmicas, son las tres propiedades físicas más importantes de un material que se necesitan para los cálculos de transferencia de calor. Es esencial disponer de valores fiables de las propiedades térmicas de los polímeros, tanto en situaciones de estado estacionario como no estacionario. Actualmente, se pueden encontrar en la literatura varias técnicas diferentes para la determinación de la difusividad térmica y la conductividad térmica. En este trabajo, se emplea la técnica paralela de hilo caliente en la determinación experimental de las propiedades térmicas de los polímeros. Para este trabajo se seleccionaron tres polímeros semicristalinos (HDPE, LDPE y PP), y dos polímeros amorfos (PS y HIPS). Las muestras se preparan mediante el proceso de extrusión a partir del polvo o los gránulos del polímero sólido. Se emplea un molde especial de acero inoxidable en forma de paralelepípedo rectangular provisto de aislantes cerámicos entre el hilo caliente, el termopar y el molde para almacenar el polímero extruido fundido cuyas propiedades térmicas se van a medir. Las mediciones se realizan desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 50 °C por encima del punto de fusión. Los resultados experimentales obtenidos se contrastan con los datos encontrados en la literatura y los proporcionados por los fabricantes. Un análisis crítico de este método muestra las ventajas y desventajas de esta técnica en comparación con la técnica de flash láser.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, la modelización matemática se ha convertido en una herramienta esencial para mejorar la calidad del producto en el procesado de polímeros. A medida que los modelos matemáticos se vuelven más sofisticados, aumenta la necesidad de disponer de datos fiables sobre las propiedades térmicas de los polímeros. Estas propiedades se observan cuando se añade o se retira calor del material y adquieren importancia en cualquier proyecto que necesite funcionar en cualquier entorno térmico. Un ejemplo muy sencillo y común es la tapa de plástico de un termo, que necesita ser aislante (baja conductividad térmica) para almacenar su contenido caliente o frío. No puede almacenar calor (bajo calor específico) y no puede sufrir grandes variaciones en su (bajo coeficiente de expansión térmica) al enfriarse o calentarse, lo que provocaría pérdidas de calor o dificultaría su apertura. En cambio, la cubierta de plástico sobre la superficie sinuosa de un motor eléctrico necesita tener una alta conductividad térmica para permitir la transferencia de calor, pero no puede expandirse cuando se calienta si hay pequeños espacios disponibles.