Preparation of Syntactic Foams made from Green Polyethylene and Glass Microspheres: Morphological and Mechanical Characterization

Abstract

Polymeric syntactic foams are composites made from the mixture of Hollow Glass Microspheres (HGM) and polymer matrices. One of their main characteristics is their low density and the production of these composites using a matrix derived from renewable sources potentiates their development without neglecting sustainability. In this paper , the properties of High Density Polyethylene (HDPE)/HGM syntactic foams containing 1% and 5% w/w HGM and 5% w/w of a compatibilizer are assessed. The composites were prepared by two processing routes: single screw extruder and twin screw extruder. The morphology and mechanical properties (tensile and impact) of the syntactic foams thus manufactured were ascertained. Morphological analysis indicated that matrix/filler adhesion was poor for all samples and that the best HGM dispersions were obtained in twin screw extruded samples. Mechanical properties were affected by the processing route adopted and by the content of hollow glass microspheres added. Elastic modulus, tensile strength and strain were reduced by 20, 10 and 23%, respectively, in systems processed in a twin screw extruder. Impact strength was the exception, with an increase of more than 300%. Higher contents of hollow glass microspheres led to reductions in mechanical strength of the syntactic foams, varying from 5% for the elastic modulus to 50% for strain.

Caracterización y modelización de materiales compuestos de AA6063 con espumas cerámicas y metálicas

“…El término sintáctico procede del término /griego syntaktikos que hace referencia a la expresión "dispuesto junto con orden similar". Lo que implica un conjunto de entidades individuales agrupadas en un mismo espacio o entorno siguiendo una estructura periódica deliberada (Cosse et al, 2019;John & Nair, 2010;Kar, 2017).…”

“…Por otro lado, se tienen partículas constituidas por una distribución dispersa poros cerrados y contiguos protegidos por una superficie exterior rígida que los envuelve (S-de-la-Muela et al, 2020). Ambos tipos de partículas pueden encontrarse constituidos por metales, polímeros, resinas, vidrios o cerámicos (Shutov, 1986), además pueden ser de origen artificial o natural, dependiendo de si son el resultado tanto directo como indirecto de una actividad industrial desarrollada por el ser humano (Cosse et al, 2019;Nikhil Gupta et al, 2010).…”

“…Es decir, durante la fabricación no se emplean tratamientos químicos que incentiven la nucleación y crecimiento de poros en la matriz, sino que la porosidad se agrega como fase interna del material de relleno durante la incorporación de este. Además, dadas las características físicas o morfológicas de las partículas de relleno como es su porosidad cerrada es inevitable denominar a las espumas sintácticas como espumas físicas de porosidad cerrada (Cosse et al, 2019;Shutov, 1986). La inclusión de este tipo partículas constituye un método eficiente de reducir costes (Cosse et al, 2019;Nikhil Gupta et al, 2010) y peso sin comprometer las propiedades mecánicas.…”

“…Además, dadas las características físicas o morfológicas de las partículas de relleno como es su porosidad cerrada es inevitable denominar a las espumas sintácticas como espumas físicas de porosidad cerrada (Cosse et al, 2019;Shutov, 1986). La inclusión de este tipo partículas constituye un método eficiente de reducir costes (Cosse et al, 2019;Nikhil Gupta et al, 2010) y peso sin comprometer las propiedades mecánicas. Esta característica convierte a estos materiales en candidatos idóneos para aplicaciones que requieran reducidas densidades como son la industria aeroespacial, militar, transporte y marina (Carolan et al, 2020;Kar, 2017).…”

“…Una de las grandes ventajas de las espumas sintácticas es que su comportamiento puede ser prediseñado o calibrado de forma deliberada y con gran precisión para dar respuesta a una gran variedad de avanzadas aplicaciones de ingeniería. Dicha ventaja se lleva a cabo a través de la selección apropiada y minuciosa del material de las partículas de relleno, del tamaño, del tipo de partícula (mono-poro y/o multi-poro) y del material de la matriz, así como de la fracción volumétrica de las fases con anterioridad a la fabricación de la espuma sintáctica (Carolan et al, 2020;Cosse et al, 2019;Nikhil Gupta et al, 2010;Poveda, Gupta, & Porfiri, 2010;Roth et al, 2008). Es más, es precisamente esta capacidad de pre-diseñar el comportamiento de los materiales sin la dependencia o alteración crítica provocada por el método de fabricación empleado lo que constituye un avance estratégico frente a las espumas convencionales, característica heredada de la gran familia de los materiales compuestos (John & Nair, 2010).…”