Modelización numérica de la interacción entre un frente de solidificación plano y partículas esféricas en un polímero semicristalino

E. AGALIOTIS; A.VÁZQUEZ; C. BERNAL

Córdoba

Simposio; SAM-CONAMET; 2016

Sociedad Argentina de Materiales

La solidificación de un material semicristalino a velocidades de enfriamiento bajas puede generar una estructura ordenada denominada esferulita. La interacción entre el frente de solidificación de la esferulita de un polímero semicristalino y una partícula esférica es modelado y simulado. Esta interacción puede afectar las propiedades del material, especialmente las propiedades mecánicas debido a su influencia en la distribución de las partículas en el compuesto o mezcla. El fenómeno depende de las propiedades, la naturaleza y la morfología de la partícula, el fundido, el sólido y los campos externos. Con el objeto de estudiar el mismo se modeló y simuló la interacción entre una interfase de solidificación plana y una partícula esférica, inmersa en el polímero fundido. Debido a su complejidad se lo desacopla en etapas simples de dificultad creciente. En la primera etapa se estudia el campo térmico, en particular la influencia en la forma de la interfase de las diferencias en las propiedades térmicas entre matriz y partícula. Los resultados de esta etapa sugieren que la conductividad relativa entre partícula y matriz es un factor determinante en la forma de la interfase. La segunda etapa centra su atención en el estudio del equilibrio dinámico entre las principales fuerzas responsables del empuje o atrapado de las partículas por el frente de solidificación. Se calcularon las fuerzas de arrastre utilizando dinámica de fluidos computacional, y las fuerzas de repulsión utilizando la ecuación de Lifshitz van der Waals. Una vez calculadas las fuerzas principales, se analiza el punto de equilibrio que proporciona las condiciones en las cuales la partícula es empujada por el frente de solidificación. Además, se predicen las velocidades críticas para cada tamaño de partícula por encima de la cual no existe empuje. Se encontró, a partir de los resultados, que la velocidad crítica decrece con el aumento del tamaño de la partícula. Este modelo permite calcular las velocidades críticas para el empuje de partículas en un polímero semicristalino, y por lo tanto predecir las velocidades de solidificación para una determinada distribución de partículas.