Dos compuestos de PP con una carga idéntica de elastómero de 20 wt% pueden caer en lados opuestos de una especificación de impacto en frío. Uno se fractura a 0 °C con cero fallo dúctil. El otro absorbe 23 kJ/m² y permanece dúctil más allá del 60% de su sección transversal.
La carga establece cuánto caucho está presente. El espaciado entre los dominios de caucho es a lo que responde la transición de frágil a dúctil, y ese espaciado depende del tamaño de partícula así como de la fracción de volumen. Un compounder que aumenta el wt% sin mejorar la dispersión paga en rigidez y puede aún así no alcanzar el objetivo de impacto en frío.
¿Cuánto POE se Añade a un Compuesto de PP?
Los productores de modificadores publican un rango de trabajo de 5 a 30 wt% de POE en polipropileno, dependiendo del rendimiento de impacto objetivo.
Lo que mueve una formulación dentro de la banda es el objetivo de impacto y la temperatura de ensayo asociada a él. Al 25 wt% y por encima, el PP endurecido con caucho alcanza su transición de frágil a dúctil por debajo de -10 °C en ensayos Izod con muesca según ASTM D256.
En la parte inferior de la banda, los dominios de caucho están demasiado separados para generar el campo de tensión entre partículas que la transición requiere. Debido a que las densidades de la fase de caucho (~896 kg/m³) y la matriz de PP (~901 kg/m³) casi coinciden, la fracción en peso y la fracción en volumen son intercambiables para este sistema.
Cómo Cambia la Carga de POE la Rigidez y el Impacto del PP
Cada paso hacia arriba en la banda de carga cuesta módulo. En un conjunto de ejemplos de patente de un productor, duplicar el elastómero de 10 a 20 wt% en un copolímero aleatorio de PP clarificado redujo el módulo secante al 2% en aproximadamente un 14%. El Izod con muesca a temperatura ambiente se triplicó de 8 a 25 kJ/m², y el fallo dúctil pasó de 0 a 100%.
El extremo frío es donde la compensación se rompe. Ese mismo paso de 10 a 20 wt% compró casi nada a -20 °C: el Izod pasó de 3 a 7 y volvió a 6 kJ/m², con un fallo dúctil que alcanzó un máximo del 10% y cayó de nuevo a cero. Más elastómero compró una pieza para clima cálido, no una para clima frío.
La temperatura de deflexión bajo carga sigue la misma dirección, aunque ninguna fuente en esta investigación cuantificó la pendiente. El talco o el relleno mineral pueden recuperar parte de la rigidez perdida, pero eso es su propia decisión de formulación.
Cómo Controla la Dispersión del POE el Resultado de Impacto en Frío
El espaciado de los dominios de caucho, no solo la fracción en peso, gobierna la transición de frágil a dúctil. El criterio de distancia interpartícula crítica, ajustado por Wu en mezclas de nailon y caucho y adoptado para PP por suposición, lo hace preciso: el espaciado cae cuando la fracción de volumen aumenta o cuando el diámetro de partícula disminuye.
La Brecha de Escalado Entre la Teoría y las Mezclas Reales
Deblieck y colegas de SABIC mostraron en Polymers (2021) que el tamaño de ligamento crítico inverso en mezclas reales de PP escala a la potencia mayor que la quinta de la fracción de volumen de caucho (exponente de ajuste 5.3). Una dispersión uniforme ideal necesitaría solo la tercera potencia.
La brecha significa que un 15 vol% de caucho distribuido uniformemente alcanza la misma temperatura de frágil a dúctil que un 30 vol% mal distribuido. La dispersión es la palanca que reduce a la mitad la factura del elastómero.
La Prueba a Carga Fija
Una patente concedida a Dow (US 10,870,746 B2, 2020) confirma el escalado en un solo conjunto de formulaciones. A un 20 wt% fijo de modificador en un RCP clarificado, reducir el dominio disperso de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 200 nm llevó el Izod a 0 °C de 8 a 23 kJ/m². El fallo dúctil pasó de 0 a 60%, con la misma rigidez.
La dispersión más fina triplicó el impacto en frío sin añadir un gramo de elastómero.
Una advertencia funciona en la otra dirección. Por debajo de un diámetro de partícula crítico de aproximadamente 330 nm en un caso modelado, la partícula de caucho no puede cavitar, y la cavitación es el paso que desbloquea la ductilidad del ligamento. Hay una ventana en el tamaño de partícula, no una dirección.
Cuando un Copolímero de Impacto es la Mejor Ruta
A El compuesto de PP puede llevar su fase de caucho de dos fabricantes. El productor construye una dentro del pellet durante la síntesis del copolímero en una segunda etapa de reactor en fase gaseosa. El resultado es un copolímero de impacto con su morfología ya establecida.
El compounder añade otra después en la extrusora mediante la mezcla en fundido de un elastómero POE separado en una base de homopolímero o copolímero aleatorio.
Si el impacto requerido se encuentra dentro de lo que un copolímero de impacto disponible entrega, el ICP es más simple que mezclar en fundido un modificador separado. Si el objetivo está fuera de la capacidad del grado de reactor, un homopolímero más POE pone la formulación de nuevo en manos del compounder.
Donde el EPDM Aún Gana para la Modificación de Impacto del PP
El POE ha desplazado al EPDM en la mayoría de los TPO compuestos, por la adaptabilidad del metaloceno, la conveniencia en forma de pellet y el costo. Un distribuidor informa que el POE típicamente requiere de 5 a 10% menos carga que el EPDM para un impacto igual en compuestos de PP.
La diferencia estructural está en la cadena. El POE es un copolímero saturado de etileno y alfa-olefina con buteno u octeno como comonómero. El EPDM es un terpolímero de etileno-propileno-dieno cuyo tercer monómero deja insaturación residual en la cadena principal.
Un borrador de Norma India (BIS PCD 12, circulado para comentarios en 2022) propuso codificar esta distinción como códigos de designación B, O y E dentro de una familia de elastómeros.
Algunos TPO aún requieren EPDM o EPR para alcanzar las propiedades elastoméricas deseadas. Donde el objetivo de impacto, la ventana de temperatura y la procesabilidad de un compounder se encuentran dentro del rango del POE, no hay razón para recurrir al EPDM.
Cómo Igualar un Grado de POE a tu PP Antes de Pedir
El índice de fusión del modificador y el índice de fluidez del PP se citan en diferentes condiciones ASTM D1238: 190 °C / 2.16 kg para el elastómero, 230 °C / 2.16 kg para el polipropileno. Los dos números de la hoja de datos no pueden dividirse en una relación de viscosidad.
Lo que un compounder puede hacer es comparar dentro de cada escala. WANSUPER® 65015 de Wanhua Chemical Group (Yantai) es un copolímero de etileno-buteno de metaloceno hecho por polimerización en solución. Lleva un MI de 1.2 g/10 min a 190 °C / 2.16 kg.
Ese MI se encuentra en el extremo de bajo flujo de un rango comercial de POE que abarca de 0.5 a 30 g/10 min en la misma condición. El bajo flujo es una posición de formulación, no una marca de calidad.
Haga coincidir la especificación del elastómero con su propio PP antes de pedir: densidad 0,862 g/cm³, Shore A 46, DSC Tg -58 °C, elongación a la rotura mayor que 800%, resistencia al desgarro 17 kN/m.
Lo que una Tg de ficha técnica promete y no promete
Una transición vítrea por DMTA se mide a aproximadamente 1 Hz. Una prueba de impacto Izod con muesca corre a aproximadamente 3.000 Hz, tres décadas más rápido.
Con la equivalencia estándar de tiempo-temperatura de 7,8 K/década, una fase de caucho cuya Tg por DMTA se sitúa en aproximadamente -60 °C deja de cavitar y deja de endurecer, a aproximadamente -36 °C bajo impacto.
DSC y DMTA miden la misma transición por métodos diferentes. Para esta clase de elastómero, las dos lecturas caen cerca una de la otra, pero el argumento de la frecuencia se aplica al valor de DMTA, y ese es el número que hay que pedir al proveedor al especificar contra impacto.
Citar la lectura DSC de -58 °C como si fuera el piso de servicio de DMTA prometería unos 22 grados de ductilidad que la pieza no tiene. La flexibilidad propia del elastómero a baja velocidad de deformación es real.
El desplazamiento bajo carga de impacto también es real, y ambos números pertenecen a una especificación de servicio en frío.
Lo que significa la banda de tolerancia en una orden de compra
Un borrador de especificación BIS propone tolerancias de MFR de más o menos 20% a 1 g/10 min y superior, ampliándose a más o menos 30% por debajo de 1 g/10 min. Con un MI nominal de 1,2, un lote conforme puede llegar en cualquier punto desde aproximadamente 0,96 hasta 1,44 g/10 min.
Un compounder que ajusta la viscosidad a su matriz está ajustando a una banda, no a un punto. Nombre al productor y la planta en la orden de compra, porque un código comercial solo no fija el material.
El error común
Un compounder que aumenta la carga sin mejorar la dispersión gastará rigidez en cada kilogramo y puede aún fallar la especificación a la temperatura de prueba que cuenta. La carga se paga sola solo cuando la dispersión es correcta, y la dispersión es la palanca gratuita: misma rigidez, mismo costo, misma fracción de peso, hasta tres veces el impacto en frío.
El ajuste de especificación es el último paso, no el primero que se salta. Verifique el índice de fusión en su condición de 190 °C, la Tg a su tasa de medición de 1 Hz, y la banda de tolerancia contra la propia matriz del compounder antes de que el contenedor se envíe.