Structure-property relationship in structural foams

Abstract

Los materiales celulares poliméricos tienen un amplio rango de propiedades, incluyendo buen aislamiento térmico, absorción de energía y bajada de la densidad [1]. Es esa reducción en la densidad la que permite ahorrar material y a la vez conservar algunas de las propiedades del sólido. Los materiales celulares ofrecen peores propiedades mecánicas que el sólido. Esta es la razón de ser de las espumas estructurales. Estos materiales están compuestos de dos pieles rígidas y un core de baja densidad. Para producir estos materiales a escala de laboratorio, el Laboratorio de Materiales Celulares de la Universidad de Valladolid (Cellmat) ha desarrollado una técnica basada en la difusión de un gas en un polímero amorfo durante el espumado. Este hecho se ha verificado mediante el uso de radioscopia [2].

Las espumas estructurales tienen aplicaciones en sectores muy variados, como la automoción, que suele usar el polipropileno como material de fabricación de componentes. Para este sector, los materiales deben estar preparados para soportar impactos a gran velocidad, como los que se pueden dar en un choque. La reducción de las propiedades de impacto en materiales celulares son enormes comparada con la caída de otras propiedades (módulo elástico, punto de fluencia…) respecto al sólido. Además, el comportamiento dúctil de los materiales sólido se transforma en frágil cuando se crea una estructura celular [3]. A este problema se le denomina transición dúctil-frágil.

El objetivo del trabajo es intentar solucionar este problema. Para ello habrá que determinar cuál es la mejor estructura celular, que maximiza la energía absorbida en el ensayo de impacto por caída de dardo. Para ello, se fabricarán espumas estructurales con distintos espesores de piel y distintos tamaños de celda para determinar la influencia de ambos parámetros e intentar maximizar la energía absorbida por el material. Se usará para ello un copolímero de polipropileno de impacto, debido a sus altas prestaciones.