¿Qué es la anisotropía?
En los polímeros plásticos la anisotropía es, en otras palabras, la capacidad que puede tener una pieza moldeada, o una parte extruida y/u orientada, de tener un valor de una propiedad física a lo largo (eje Y) diferente del valor a lo ancho (eje X).
Rara vez encontramos un polímero no orientado; los diferentes procesos de transformación orientan las moléculas en una o en diferentes direcciones, dependiendo el proceso.
El pasar el material fundido a través de un dado de extrusión o la cavidad de un molde, obligará al polímero a tomar una forma y, por tanto, una orientación molecular, la cual puede generar tensiones intermoleculares en la pieza final.
El control de la orientación y el efecto relacionado de la cristalización al tomar forma es la clave para la calidad del producto y las propiedades que el producto tendrá en servicio.
La orientación es la alineación de la estructura cristalina (cristalitos) en un polímero para producir una estructura uniforme. Un polímero orientado es, en los términos más estrictos, un material anisotrópico viscoelástico no linear.
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Los estudios de anisotropía mecánica en polímeros se han enfocado en su mayor parte a compuestos con fibra de vidrio en moldeo por inyección, filamentos y películas estiradas uni-axialmente, que muestran isotropía en un plano perpendicular a la dirección del arrastre.
Compuestos con fibra de vidrio en moldeo por inyección
La fibra de vidrio es un tipo de carga muy utilizado que, con una geometría rígida, cilíndrica y alargada con un diámetro de 10 – 15 micrones y una longitud 100 y hasta 600 veces la del diámetro, puede ocasionar un efecto fuerte de anisotropía.
Lo más común en moldeo por inyección, es llenar la cavidad con la forma de la pieza final a través de un punto de inyección, y es a través de este punto que la resina fundida, con las moléculas relajadas, arrastrando la carga de fibra de vidrio, entra a la cavidad y las fibras tienden a acomodarse de manera longitudinal al flujo.
Al salir las piezas ya sólidas del molde, pasan por un proceso de contracción –sobre todo si se trata de resinas cristalinas como nylon, poliéster, poliolefinas, etc.–, afectando no sólo las propiedades mecánicas en las dos direcciones, el de la inyección y el transversal a la inyección (figura 2), sino que también sus dimensiones; esto por efecto de que las fibras de vidrio a lo largo, ejercen más fuerza contra la contracción del material, que a lo ancho, en donde la fuerza es prácticamente nula.
Lo cual, por supuesto, se traduce en diferente resistencia al impacto, al alargamiento y a la flexión entre otras, en una dirección vs. otra y, para disminuir este efecto, los conocedores del proceso de moldeo por inyección optan por utilizar diferentes geometrías y ubicaciones para el punto de inyección o «jugar» con el diseño de las piezas, utilizando una pared más gruesa, o más delgada, según sea el caso, o echar mano de algún elemento, como una costilla.
También están las condiciones de moldeo, en donde se hace énfasis en que la mayor parte de la contracción se dé durante la fase de sostenimiento y enfriamiento dentro del molde.
Extrusión de fibra o película con orientación uni-axial
En extrusión, la anisotropía es causada por dos efectos, el primero es por la orientación de las moléculas por el flujo del material a través del dado de extrusión y el segundo, por un estirado (orientación) que ofrecen los rodillos al producto extruido a la salida del dado.
Debido a un cambio en la morfología de la estructura molecular, las películas o filamentos adquieren una amplia variedad de propiedades ventajosas, así como una reducción del espesor total: propiedades físicas óptimas (rigidez, resistencia al desgarre), buenas características ópticas (transparencia y brillo) y propiedades de barrera.
En comparación con otros materiales de empaque, las películas orientadas son livianas y de bajo consumo de energía, sin embargo, si son orientadas en una sola dirección, por lo general en dirección a la extrusión, estas ventajas se verán reflejadas principalmente en sólo un eje.
Para disminuir la anisotropía en estos casos, se recurre a utilizar un material con mayor peso molecular, mayor espesor de pared o inclusive a la orientación en dos ejes o bi-orientación.
Autor: Ing. Sara L Reynoso
Consultora Científica
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