Design and development of high-performance thermoplastic vulcanizates with vibration damping properties

Resumen

Los componentes ligeros de vehículos eléctricos se enfrentarán a nuevos requerimientos relacionados con su generación de ruido y vibración debido a que, en ausencia de un motor de combustión interna, el ruido que se genere por su vibración se hará más evidente. Para afrontar estos nuevos desafíos los conceptos de diseño y selección de materiales tradicionales deberán reconsiderarse. En este contexto, los termoplásticos elastómeros vulcanizados (TPVs, por sus siglas en inglés) son materiales interesantes debido a su baja densidad, reciclabilidad, facilidad de procesamiento y flexibilidad de diseño. Esta Tesis se enfoca en el diseño y desarrollo de TPVs de alto rendimiento para aplicaciones de amortiguación de vibraciones estructurales. Para ello, se han desarrollado nuevas formulaciones de TPVs basadas en poliamida 6 (PA6) y caucho de acrilonitrilo butadieno hidrogenado (HNBR) y se ha investigado a fondo la relación existente entre su microestructura y sus propiedades. En primer lugar, se estudió la compatibilización reactiva de las mezclas de PA6/HNBR mediante la adición de HNBR carboxílico (XHNBR). En segundo lugar, se formularon mezclas de PA6/XHNBR vulcanizadas con peróxido que contienen óxidos metálicos y antioxidantes fenólicos como un nuevo concepto para diseñar TPVs de amortiguación de vibraciones de alto rendimiento. Finalmente, se investigó la relación entre la microestructura de los materiales desarrollados y su comportamiento cuasi-estático y dinámico mecánico no lineal. En general, los resultados obtenidos han señalado el potencial de los TPVs carboxílicos como materiales de amortiguación de vibraciones de alto rendimiento. Por un lado, el enfoque explorado, basado en la compatibilización reactiva de las mezclas de PA6/HNBR añadiendo XHNBR, reveló nuevas estrategias para desarrollar mezclas de elastómeros termoplásticos con propiedades térmicas y mecánicas superiores mediante el control de las interacciones interfaciales y la morfología. Además, los resultados obtenidos resaltaron que la generación de reticulaciones iónicas mediante la adición de óxidos metálicos, representa una estrategia muy prometedora para desarrollar TPVs de alto rendimiento con propiedades de amortiguación de vibraciones en un amplio rango de temperaturas. Además, la investigación de la microestructura y el comportamiento mecánico no lineal de los materiales permitió identificar y vincular los procesos de deformación micromecánica con sus correspondientes características microestructurales. Finalmente, se han presentado interpretaciones físicas de los mecanismos de deformación observados con el fin de construir una base de conocimiento para el modelado micromecánico de TPVs. En conclusión, esta Tesis abre nuevas posibilidades para obtener TPVs de alto rendimiento con propiedades térmicas, mecánicas y de amortiguación de vibraciones personalizadas, así como para prever su comportamiento mediante herramientas de modelado micromecánico.