Simulación de propiedades mecánicas de plásticos en condiciones isotermas y adiabáticas

Abstract

En el presente trabajo se ha estudiado las propiedades mecánicas que presentan los polímeros lineales fundidos de peso molecular moderado en condiciones isotermas (sistemas NVT) y adiabáticas (sistemas NVE) a través del análisis del módulo de relajación, el cual se define como el cociente entre esfuerzo requerido y deformación impuesta en material. Para ello, se ha recurrido la simulación molecular por ordenador. Este TFG tiene como objetivo establecer una metodología en este campo de investigación para determinar las propiedades viscoelásticas en régimen lineal de los polímeros. La causa de que se quiera conocer su comportamiento en condiciones isotermas y adiabáticas reside en el hecho de comprobar si en los experimentos reológicos realizados a alta frecuencia deformación son equivalentes los resultados realizados en ambas condiciones. Los polímeros son materiales compuestos por una o varias cadenas dentro de las cuales se repite una unidad estructural básica llamada monómero. En este trabajo, se situarán estos materiales en una caja de simulación con el fin de definir espacialmente al material, consiguiendo así que la computadora pueda calcular las variables necesarias para el estudio . Por tanto, a la hora de definir un sistema es necesario especificar el número de monómeros por cadena N; el número de cadenas NC; y la densidad, que es el resultado de dividir el número totales de monómeros entre el volumen de la caja de simulación. Para poder llevar a cabo el estudio que requiere este TFG, se han analizado sistemas de polímeros lineares con un número de monómeros por cadena N varía entre 10 y 80. Asimismo, también se han creado sistemas con diferentes densidades , cuyos valores variaban entre 0.8 y 1.1 , con el fin de estudiar la influencia de esta variable sobre el comportamiento mecánico del material. Para poder realizar las diferentes simulaciones, se han empleado programas desarrolladas por el grupo de investigación en el que se ha realizado este TFG, el programa LAMMPS y clusters computacionales. En definitiva, en el presente trabajo se ha mostrado un método eficiente y rápido para calcular propiedades mecánicas de polímeros. Asimismo, se ha demostrado que, para sistemas con baja densidad, los ensayos reológicos realizados a frecuencia alta y temperatura baja pueden considerarse condiciones isotermas y adiabáticas indistintamente. Sin embargo, para densidades mayores que 1 existen diferencias entre considerar condiciones adiabáticas e isotermas. Además, se ha dado una explicado al origen del calor disipado en los ensayos dinámicos en condiciones adiabáticas. Cabe reseñar, que esta concordancia se ha comprobado únicamente cuando la deformación oscilatoria impuesta en los sistemas NVE tiene una amplitud pequeña de valor igual 0.1, donde el régimen de viscoelasticidad es lineal.