Simulación del proceso de inyección del elastómero EPDM, mediante modelado fenomenológico

Abstract

En los procesos de inyección de hule es determinante la cinética química, es decir, las velocidades de las reacciones y los mecanismos a través de los cuales estas se producen. La validez y aplicabilidad de los modelos matemáticos de la cinética en estado semisólido es considerado un tema controvertido. Debido a lo complejo de la cinética de curado se emplean modelos de orden n de acuerdo con la forma de las trayectorias de reacción. Para describir la fracción de curado y la velocidad de curado del polímero EPDM desde un enfoque fenomenológico, en esta investigación se emplearon los modelos de Kamal-Sourour e Isayev-Deng respectivamente. El polímero EPDM fue ensayado en un reómetro de cámara móvil (MDR) en condiciones isotérmicas a seis diferentes temperaturas. Mediante ajustes no lineales se determinaron los parámetros cinéticos en función del tiempo y la temperatura en el modelo de Kamal-Sourour; se propuso el orden de reacción n como una expresión tipo Arrhenius. Con el fin de validar el modelo propuesto, se realizó un estudio comparativo entre el modelo de Isayev-Deng y los resultados experimentales. Finalmente, utilizando los modelos ajustados, se hizo una descripción gráfica. y analítica de la fracción de curado α(T, t) y la velocidad de curado (dα/dt) del material. La técnica de reometría de cámara móvil (MDR) se utiliza para medir las componentes elástica y viscosa del caucho. El análisis de las reometría y el modelado cinético se utilizan para obtener modelos matemáticos de viscosidad en función del tiempo, la temperatura y el grado de curado. Con la predicción del comportamiento cinético y viscoso es posible el control, la optimización y el diseño del proceso en función de las propiedades del material. El modelo fenomenológico de Kamal-Sourour se utiliza para describir la cinética de curado, mientras que el modelo Carreau-Macosko sirve para modelar el comportamiento viscoso. En este trabajo se utilizan herramientas de regresión no lineal para encontrar los parámetros de los modelos y se propone un modelo matemático para describir la viscosidad aparente en función del grado de vulcanización. Dicho modelo se contrasta con resultados experimentales efectuados al elastómero de etileno -propileno -dieno EPDM de tipo industrial que incluye agentes químicos como aditivos para el procesamiento. El modelo matemático resulta consistente para el material ensayado. validando la metodología desarrollada para aplicarse a cualquier resina termoestable o elastomérica.