X-Ray imaging applied to the characterization of polymer foam's cellular structure and its evolution

Abstract

Las espumas poliméricas son materiales celulares que poseen una fase sólida continua y otra gaseosa bien discontinua (celda cerrada) o continua (celda abierta). Habitualmente estas estructuras se describen mediante parámetros macroscópicos como la densidad relativa y otros microscópicos como el tamaño de celda o la densidad de celdas. Además, estos materiales poseen características peculiares como anisotropía, orientación de los poros y tortuosidad que les proporcionan propiedades físicas singulares. Convencionalmente el estudio de las espumas poliméricas se realiza mediante el análisis de la estructura celular final obtenida. Ello se debe principalmente a que es complicado detener el proceso de expansión una vez se ha iniciado. Debido a esto los estadios intermedios durante los procesos de espumado no son accesibles, es decir, no se obtiene información acerca de los mecanismos que generan la estructura final. Estos mecanismos físico-químicos fundamentales que gobiernan la generación y evolución de la estructura celular durante el espumado son la nucleación y el crecimiento. Por el contrario, existen otros mecanismos que son responsables de la degeneración de la estructura celular son el drenaje, la coalescencia y el coarsening. Los inconvenientes que existen para abordar el estudio de estos mecanismos durante el proceso de espumado, junto con las peculiaridades de estos sistemas hacen que las técnicas de imagen mediante rayos X sean una herramienta extraordinaria para el estudio in-situ de la evolución de la estructura celular y los mecanismos de espumado. Además, de manera complementaria, la imagen mediante rayos X permite la obtención de tomogramas para el estudio de la estructura celular en el estado final. Incluso es posible llegar más lejos gracias a los últimos desarrollos en tomografía rápida. Esta técnica es capaz de estudiar en 3D la evolución de la estructura celular en el tiempo. Uno de los requisitos esenciales para el estudio de las espumas poliméricas mediante la imagen con rayos X y que condiciona su aplicabilidad es la correcta selección de los componentes y el diseño del equipo de imagen. Esto se debe principalmente a características intrínsecas a las espumas poliméricas: baja absorción de los rayos X, espesores reducidos, estructura de celdas en el rango micrométrico, rápida evolución durante su fabricación y otras peculiaridades morfológicas de su estructura.