Formulación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica con polvo de acería en aplicaciones acústicas
- Autores: Maria Niubó
- Directores de la Tesis: Ana Inés Fernández Renna (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ferran Espiell Álvarez (presid.), Miguel Sánchez Soto (secret.), Ana María Lacasta Palacios (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
Actualmente los materiales compuestos se diseñan a medida para cubrir una necesidad específica. Existen diversos materiales para cada aplicación que cubren las exigencias técnicas, mecánicas y de durabilidad requeridas. Como ya es sabido, los compuestos o materiales poliméricos son ampliamente utilizados para cubrir diferentes necesidades en la sociedad. Una de estas necesidades incumbe en garantizar un adecuado confort acústico en un ambiente o dentro de un habitáculo si nos referimos al sector de la automoción. El ruido puede ser un gran problema ya no sólo en el aspecto de pérdida de audición sino en el confort que ofrece un determinado ambiente.
Este tema está siendo de gran importancia para los diseñadores y fabricantes de automóviles en todo el mundo. El diseño, formulación y fabricación de materiales acústicos se rigen por normativas específicas y son elevadas las especificaciones que deben cumplir este tipo de materiales. En este trabajo se plantea estudiar la formulación de materiales acústicos aunque se añade una dificultad más, introducir un residuo tóxico obtenido durante la fabricación del acero en acerías de horno de arco eléctrico de forma que las propiedades mecánicas y acústicas requeridas para estos materiales no se vean mermadas. De gran importancia es la obtención de materiales aptos según la normativa para depositar en vertederos controlados después de su vida útil.
El principal objetivo de la presente tesis es la obtención de materiales compuestos de matriz polimérica termoplástica para su posible aplicación como aislantes acústicos y de vibraciones en el campo de la automoción. Se introduce el polvo de acería en las formulaciones para la obtención de materiales homogéneos con determinadas propiedades especificadas por las normativas del sector. Se pretende de esta forma encapsular el residuo en la matriz de polímero cumpliendo las normativas medioambientales, valorizando el residuo. Para ello se determina el comportamiento de tales materiales realizando caracterizaciones físicas, químicas, mecánicas y de aislamiento acústico. Se utiliza el diseño de experimentos como herramienta para diseñar la batería de experimentos y realizar el tratamiento posterior de los resultados.
Se preparan diferentes formulaciones dosificando diferentes proporciones de polvo de acería en la matriz de polímero para la obtención de láminas homogéneas. Determinación de la carga tóxica de los materiales formulados realizando un estudio de los lixiviados, así como determinar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los compuestos. Se diseña y se realiza la puesta a punto de un equipo de medición del aislamiento acústico a escala de laboratorio a partir de la normativa UNE EN 140 para estudiar el comportamiento acústico de los materiales formulados. Se realizan ensayos para determinar el aislamiento a ruido aéreo y el comportamiento frente a las vibraciones estructurales.
A partir de la caracterización mecánica de los compuestos obtenidos se concluye que éstos cumplen con los requisitos de conformidad básicos requeridos para este tipo de láminas pesadas aplicables en aislamiento acústico. El alargamiento a rotura para diferentes EVA aumenta al aumentar, de 18% a 24% el contenido en vinil acetato. Los dos grados de EVA dan lugar a mezclas totalmente miscibles, mientras que el etileno-buteno no es totalmente miscible en las mezclas con EVA estudiadas. En cuanto a la cristalinidad, el EB presenta un porcentaje menor que los dos grados de EVA. En ninguno de los casos se aprecia un efecto nucleante por parte de las cargas, probablemente debido al elevado porcentaje respecto a la matriz polimérica.
Se ha utilizado el diseño de experimentos, DoE para estudiarlos efectos de las variables en las propiedades finales. Se ha establecido un modelo que define y explica el comportamiento del sistema. Los diferentes modelos matemáticos obtenidos permiten no solo estimar la respuesta de cada formulación posible sino que además permiten optimizar el sistema para obtener un compromiso entre las limitaciones de los factores y las respuestas obtenidas. La incorporación de EVA en la matriz de polímero de las formulaciones aumenta los resultados de MFI, tensión máxima y módulo secante al 1%, por otro lado disminuye la ductilidad, obteniéndose resultados de elongación a rotura menores. Respecto al grado de EVA, EVA24 mejora el alargamiento a rotura y resistencia a la tracción.
La incorporación de cargas minerales densas (barita y polvo de acería) aumenta los resultados de fluidez (MFI). La incorporación de polvo de acería disminuye las propiedades mecánicas en comparación con la barita. A pesar de este hecho, la revalorización del polvo de acería como carga mineral sería posible combinado con barita, como se ha confirmado por la existencia de diferentes interacciones positivas entre las cargas.
Se ha diseñado y se ha puesto a punto un equipo de medición de amortiguamiento acústico a ruido aéreo basado en la normativa UNE EN ISO 140, posteriormente se ha determinado el aislamiento acústico a ruido aéreo de todas las formulaciones de materiales estudiadas. Los materiales presentan un ligero aumento del aislamiento acústico a ruido aéreo a medida que aumenta la frecuencia y en general los materiales cumplen la ley de las masas en cuanto a densidad superficial y comportamiento acústico sobre todo a frecuencias elevadas. Los compuestos que contienen polvo de acería en su formulación, presentan un mayor aislamiento acústico llegando hasta 7 dB de diferencia con el resto de materiales para algunas frecuencias. La mezcla de polímeros EB y EVA24 en la matriz polimérica siendo la más flexible aporta un mejor rendimiento acústico.
Las cargas minerales afectan de manera significativa en los resultados de módulo elástico, en concreto, la adición de barita así como de polvo de acería en las formulaciones disminuye los resultados de módulo elástico.Para el factor de pérdidas, la adición de diferentes cargas minerales afecta sobre los resultados en menor medida. Los valores de módulo aumentan si se utiliza copolímero EVA en la matriz. Se obtienen resultados superiores si éste es EVA18. Se obtiene un mejor comportamiento en amortiguamiento para los materiales formulados con copolímero EVA sobre todo si éstos se formulan con EVA18 que se obtiene mayor rigidez respecto a la rigidez obtenida con EVA24.
