Desarrollo de un material polimérico de ácido poliláctico para impresión 3D con aplicaciones industriales

Abstract

La finalidad de este trabajo consiste en desarrollar un material polimérico de ácido poliláctico para aplicaciones industriales, con base en PLA 7001D de Natureworks. Se desarrollaron 4 sistemas de experimentación, de los cuales uno contiene las resinas vírgenes sin modificadores, mientas que las 3 restantes se componen de polipropileno, modificador de impacto y una resina mezcla de policarbonato con ABS, respectivamente. Todos los sistemas fueron evaluados con 3 niveles de Cloisite 30B y 2 porcentajes de resina o aditivos, dando un total de 18 materiales compuestos y 3 muestras comparativas. Se realizaron pruebas mecánicas de tensión e impacto a todos los materiales y se eligieron los 3 mejores diseños de acuerdo a la composición y las propiedades que presentaron: para el sistema con polipropileno se eligió el DOE2-3 con un 50% en peso de PLA, 50% de PP, 5% de compatibilizante y 5% de Cloisite; para el sistema con modificador no se usó una segunda resina, y se eligió el DOE3-5 con 80% de PLA, 10% de modificador de impacto y 10% de plastificante, con la adición del 2.5% en montmorillonita; por último, para el sistema con la mezcla de policarbonato con ABS se eligió el DOE4-3 con 80% contenido de PLA y el 20% de PC/ABS, con un agregado de 5% de cloisite. Para la industria, una excelente resistencia al impacto es muy deseada, por lo que estos diseños se eligieron preferentemente por ésta propiedad, con resultados de fuerza máxima de impacto (Fmax) de 255, 2628 y 489 N, respectivamente, resultando como el mejor material en equilibrio con su composición y propiedades mecánicas al DOE3-5. Para corroborar las propiedades de los 3 mejores diseños, se efectuaron ensayos térmicos para conocer las temperaturas de trabajo y de descomposición de los materiales compuestos. A pesar de que el DOE3-5 presentó excelente resistencia al impacto, de acuerdo a su análisis de calorimetría diferencial de barrido, exhibe una Tg de 33°C, mientras que el DOE2-3 y DOE4-3 presentan temperaturas de transición de 50°C aproximadamente. El análisis termogravimétrico (TGA) realizado ayudó a la comprobación de los elementos de cada material compuesto, exponiendo así la correcta preparación y en mínimo de error en el procesamiento de cada una de ellas.