Aprèn - M. Lluïsa Maspoch Rulduà

Avui dia, un dels majors desafiaments en la indústria del polímer és trobar noves vies per a la recuperació i el reciclatge dels residus plàstics, i particularment dels pneumàtics esgotats. En aquest treball, s'utilitza cautxú de pneumàtic triturat (GTR) com a farciment per a la preparació de barreges amb una matriu de cautxú natural (NR). En la primera part del treball, s'afegeix GTR al NR sense procés de desvulcanització, amb 10-20-33-40 phr, vulcanitzant la barreja amb peròxid de dicumil (DCP). L'efecte de la cristal·lització induïda per deformació (SIC) en les propietats mecàniques de les barreges NR/GTR s'avalua qualitativament gràcies a les imatges de difracció obtingudes durant les mesures in-situ de WAXS realitzades amb radiació de sincrotró. S'utilitza microscòpia SEM per avaluar el mecanisme de fractura d'aquestes barreges. En la segona part, les partícules de GTR amb una mida de 63 µm < d < 100 µm es desvulcanitzen amb radiació de microones amb diferents conjunts de potències: 80, 400, 640, 800 W i temps: 1, 2, 3, 5, 10 minuts. Les partícules desvulcanitzades es caracteritzen després mitjançant proves d'inflament, anàlisi termogravimètric (TGA) i espectroscòpia FTIR. Finalment, el GTR desvulcanitzat (GTRD) amb 800 W s'utilitza per preparar barreges NR/GTRD amb 20 phr, vulcanitzades amb sofre, i s'analitza l'efecte del temps de desvulcanització en les propietats elastocalòriques.

Hoy en día, uno de los mayores desafíos en la industria del polímero es encontrar nuevas vías para la recuperación y el reciclaje de los residuos plásticos, y particularmente de los neumáticos agotados. En este trabajo, se utiliza caucho de neumático triturado (GTR) como relleno para la preparación de mezclas con una matriz de caucho natural (NR). En la primera parte del trabajo, se añade GTR al NR sin proceso de desvulcanización, con 10-20-33-40 phr, vulcanizando la mezcla con peróxido de dicumilo (DCP). El efecto de la cristalización inducida por deformación (SIC) en las propiedades mecánicas de las mezclas NR/GTR se evalúa cualitativamente gracias a las imágenes de difracción obtenidas durante las mediciones in-situ de WAXS realizadas con radiación de sincrotrón. Se utiliza microscopía SEM para evaluar el mecanismo de fractura de estas mezclas. En la segunda parte, las partículas de GTR con un tamaño de 63 µm < d < 100 µm se desvulcanizan con radiación de microondas con diferentes conjuntos de potencias: 80, 400, 640, 800 W y tiempos: 1, 2, 3, 5, 10 minutos. Las partículas desvulcanizadas se caracterizan luego mediante pruebas de hinchamiento, análisis termogravimétrico (TGA) y espectroscopía FTIR. Finalmente, el GTR desvulcanizado (GTRD) con 800 W se utiliza para preparar mezclas NR/GTRD con 20 phr, vulcanizadas con azufre, y se analiza el efecto del tiempo de desvulcanización en las propiedades elastocalóricas.

Nowadays, one of the biggest challenges in polymer industry is to find new roots for the recovery and the recycling of the plastic waste, and particularly the exhausted tyres. In this work the Ground Tire Rubber (GTR) is used as a filler for the preparation of blends with Natural Rubber (NR) matrix. In the first part of the work GTR is added to the NR without devulcanization process, with 10-20-33-40 phr, vulcanizing the blend with dicumyl peroxide (DCP). The effect of Strain Induced crystallization (SIC) on the mechanical properties of NR/GTR blends is evaluated qualitatively thanks to the diffraction images obtained during in-situ WAXS measurements performed with synchrotron radiation. SEM microscopy is used to evaluate the fracture mechanism of these blends. In the second part, GTR particles with size of 63 µm < d <100 µm are devulcanized with microwave radiation with different set of Powers: 80,400,640,800 W and times: 1,2,3,5,10 minutes. The devulcanized particles are then characterized by swelling tests, thermogravimetric analysis (TGA) and FTIR spectroscopy. The devulcanized GTR (GTRD) with 800 W is finally used to prepare NR/GTRD blends with 20 phr, vulcanized with sulphur, and the effect of the devulcanization time on the elastocaloric properties is analysed.

Processing and characterization of polymeric blends using natural and waste rubber

Projecte Final de Màster Oficial

Lewandowski, Agathe

Tutor/a - Director/a: Candau, Nicolas; Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2024

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

En l'actualitat, el desenvolupament de tecnologia sostenible de calefacció/refrigeració, juntament amb el reciclatge revesteixen una importància cabdal. En les últimes dècades, gran part de la inversió mundial s'ha dedicat a reduir els residus de cautxú o plàstic i desenvolupar materials respectuosos amb el medi ambient. El cautxú natural (NR) és un material prometedor per a aquestes aplicacions, contràriament als cautxús sintètiques. Això es deu a la seva suavitat, la seva font biobasada juntament amb la seva capacitat de cristal·lització induïda per soca (SIC) i les seves propietats elastocalòriques. Aquest treball té com a objectiu dissenyar mescles de cautxú elastocalòric combinant NR i cautxú de pneumàtics mòlts (GTR) com a farciments de reforç. Això s'ha fet mitjançant la preparació de mescles NR/GTR utilitzant dos sistemes de vulcanització diferents (a base de sofre i peròxid), amb diverses concentracions d'agents vulcanitzants i diversos tipus de partícules GTR (de diverses mides i diversos tractaments). Un estudi que combina termogravimetria, difracció làser, FTIR i proves d'inflamació va suggerir que les partícules GTR més petites on s'ha aplicat un tractament per microones d'1 minut a 800 watts, mostren el grau més alt de desvulcanització (ruptura de reticulats químics). El 20% de les partícules GTR tractades es van barrejar en una matriu NR fresca i la mescla es va revulcanitzar utilitzant 1,5 phr d'agents de sofre (després d'una optimització). Els resultats de les proves de tracció acoblades amb una càmera infraroja van mostrar que els materials NR/GTR tenen la major capacitat SIC i, en conseqüència, la major resposta elastocalòrica (calefacció de 8 °C, refredament de 8 °C). Aquests sistemes NR / GTR curats amb sofre podrien ser materials prometedors i sostenibles per ser utilitzats en prototips d'EC.

Hoy en día, el desarrollo de tecnologías sostenibles de calefacción/refrigeración, junto con el reciclaje, son de suma importancia. En las últimas decadas, la mayor parte de la inversión mundial se ha dedicado a reducir los residuos de caucho o plástico y a desarrollar materiales inocuos para el medio ambiente. El caucho natural (NR) es un material prometedor para estas aplicaciones, a diferencia de los cauchos sintéticos. Esto se debe a su suavidad, su fuente bio-basada junto con su capacidad de cristalización inducida por esfuerzo (SIC), y propiedades elastocalóricas. El objetivo de este trabajo es diseñar mezclas de caucho elastocalórico que combinen NR y caucho de neumáticos de tierra (GTR) como reforzadores. Por eso, se han preparado mezclas de NR/GTR utilizando dos sistemas de vulcanización diferentes (basados en azufre y peróxido), con diversas concentraciones de agentes vulcanizantes y varios tipos de partículas GTR (diferentes tamaños y diferentes tratamientos). Un estudio combinando termogravimetría, difracción láser, FTIR y hinchazón sugirió que las partículas GTR más pequeñas que habían sido sometidas a un tratamiento de microondas de 1 minuto a 800 vatios mostraban el mayor grado de desvulcanización (ruptura de enlaces químicos). El 20 % en peso de las partículas GTR tratadas se mezclaron en una matriz NR fresca y la mezcla se revulcanizó con 1,5 phr de agentes sulfurosos (después de una optimización). Los resultados de los ensayos de tracción combinadas con una cámara infrarroja mostraron que los materiales NR/GTR tienen la mayor capacidad de SIC y, en consecuencia, la mayor respuesta elastocalórica (calentamiento de 8°C, enfriamiento de 8°C). Estos sistemas NR/GTR curados con azufre podrían ser materiales sostenibles prometedores para su uso en prototipos de eC.

Nowadays, the development of sustainable heating/cooling technology together with materials recycling, are of utmost importance. In the last decades, an important part of the global investment has been dedicated to reducing rubber or plastic waste and develop eco-friendly materials. Natural rubber (NR) is a promising material for heating/cooling applications. This is due to its softness, its bio-based source together with its strain-induced crystallization (SIC) ability, and elastocaloric properties. This work aims to design elastocaloric rubber blends combining NR as the matrix and ground tyre rubber (GTR) as reinforcing fillers. This has been done by preparing NR/GTR blends using two different vulcanization systems (based on sulphur and peroxide), at various concentrations and several types of GTR particles were used (of different sizes and treated by microwave devulcanization). A study combining thermogravimetry, laser diffraction, FTIR and swelling tests suggested that the smallest GTR particles where a microwave treatment of 1 minute at 800 Watts has been applied, show the highest degree of devulcanization (rupture of chemical crosslinks expected to recycle the material). 20 wt.% of the treated GTR particles were blended in a fresh NR matrix and the mixture was revulcanized using 1.5 phr of sulphur agents (after an optimization of its concentration). Results of tensile tests coupled with an infrared camera showed that the NR/GTR materials have the highest SIC ability and consequently the highest elastocaloric response (heating of 8°C, cooling of 8°C). These sulphur-cured NR/GTR systems might be promising for sustainable applications such as heating/cooling prototypes.

Preparation and characterization of elastocaloric rubbers

Projecte Final de Màster Oficial

Fernández Navarrete, Albert

Tutor/a - Director/a: Candau, Nicolas; Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2023

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

En el panorama actual, gran part de la inversió mundial es destina al desenvolupament de materials respectuosos amb el medi ambient com a font d'energia alternativa sostenible i a la gestió de residus de cautxú i plàstic. Aquesta tesi té com a objectiu processar mescles de cautxú utilitzant partícules de deixalla, per a caracteritzar les seves propietats elastocalòriques (eC) i la seva capacitat de Cristal·lització Induïda per Deformació (SIC). S'ha incorporat cautxú de pneumàtic triturat (GTR) en una matriu de cautxú natural (NR) amb un contingut de 0, 20 i 30% en pes en un procediment de dos passos: barrejat intern per a mesclar els materials i premsatge en calent per a vulcanitzar-los. Es va utilitzar peròxid de Dicumyl (DCP) com a agent vulcanitzant. Ens hem centrat en l'efecte del temps de vulcanització dissenyant materials curats amb tres temps diferents (10%, 50% i 90%). Les propietats elàstiques dels materials processats es van analitzar mitjançant inflament, duresa shore A i mòdul elàstic, i les propietats de gran velocitat de deformació (hiperelàstiques) es van caracteritzar mitjançant càrrega única de tracció d'alta velocitat de deformació fins a la fallada i mitjançant cicles d'alta velocitat de deformació. Els resultats mostren que com més gran és el temps de vulcanització, majors són les propietats elàstiques com la duresa, el mòdul elàstic i la densitat de reticulació, independentment de la presència de les partícules GTR. Això es deu a la creació d'entrecreuaments (enllaços químics i físics atrapats) que participen en una xarxa elàsticament resistent. A altes deformacions, l'augment concomitant del reforç mecànic i de la resposta elastocalòrica amb l'augment del temps de curat, s'atribueix en part a l'aparició del SIC. En efecte, a major densitat de cadenes de cautxú, més enllaços creuats (químics o físics) actuen com a punts d'ancoratge per a l'orientació de les cadenes al llarg de l'eix de tracció i, per tant, perquè es produeixi el SIC.

En el panorama actual, gran parte de la inversión mundial se destina al desarrollo de materiales respetuosos con el medio ambiente como fuente de energía alternativa sostenible y a la gestión de residuos de caucho y plástico. Esta tesis tiene como objetivo procesar mezclas de caucho utilizando partículas de desecho, para caracterizar sus propiedades elastocalóricas (eC) y su capacidad de Cristalización Inducida por Deformación (SIC). Se ha incorporado caucho de neumático triturado (GTR) en una matriz de caucho natural (NR) con un contenido de 0, 20 y 30 % en peso en un procedimiento de dos pasos: mezclado interno para mezclar los materiales y prensado en caliente para vulcanizarlos. Se utilizó peróxido de Dicumyl (DCP) como agente vulcanizante. Nos hemos centrado en el efecto del tiempo de vulcanización diseñando materiales curados con tres tiempos diferentes (10%, 50% y 90%). Las propiedades elásticas de los materiales procesados se analizaron mediante hinchamiento, dureza shore A y módulo elástico, y las propiedades de gran velocidad de deformación (hiperelásticas) se caracterizaron mediante carga única de tracción de alta velocidad de deformación hasta el fallo y mediante ciclos de alta velocidad de deformación. Los resultados muestran que cuanto mayor es el tiempo de vulcanización, mayores son las propiedades elásticas como la dureza, el módulo elástico y la densidad de reticulación, independientemente de la presencia de las partículas GTR. Esto se debe a la creación de entrecruzamientos (enlaces químicos y físicos atrapados) que participan en una red elásticamente resistente. A altas deformaciones, el aumento concomitante del refuerzo mecánico y de la respuesta elastocalórica con el aumento del tiempo de curado, se atribuye en parte a la aparición del SIC. En efecto, a mayor densidad de cadenas de caucho, más entrecruzamientos que actúan como puntos de anclaje (orientación de las cadenas a lo largo del eje de tracción) para que se produzca el SIC.

In the current scenario, much of the global investment is devoted to the development of environmentally friendly materials as a sustainable alternative energy source and to the management of rubber and plastic waste. This thesis aims to process rubber blends using waste particles, to characterize their elastocaloric (eC) properties and their Strain Induced Crystallization (SIC) ability. Ground Tire Rubber (GTR) have been incorporated in a Natural rubber (NR) matrix with content of 0, 20 and 30 wt.% in a two-step procedure: internal mixing to blend the materials and hot press to vulcanize them. Dicumyl Peroxide (DCP) was used as the vulcanizing agent. We have focused on the effect of the time of vulcanization by designing materials cured with three different times (10%, 50% and 90%). The elastic properties of the processed materials were analyzed through to swelling, shore A hardness, and Elastic modulus, and the large strain rate (hyperelastic) properties were characterized by high strain rate tensile single loading up to fail and by and high strain rate cycles. The results show that the higher the vulcanization time, the higher the elastic properties such as hardness, elastic modulus, and crosslink density, independently on the presence of the GTR particles. This is due to the creation of crosslinks (chemical and trapped physical bonds) that participate in an elastically resistant network. At high strains, the concomitant rise in mechanical reinforcement and elastocaloric response with increased curing time, is partly attributed to occurrence of SIC. Indeed, at higher density of rubber chains, more crosslinks (chemical or physical) act as anchoring points for chains orientation along tensile axis and hence for SIC to occur.

Preparación de ecomezclas de polipropileno y PET opaco reciclado

Trabajo final de grado

Torres Alcaraz, Cristina

Tutor/a - Director/a: León Albiter, Noel; Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2023

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Aquest projecte te com a finalitat desenvolupar una mescla polimèrica que permeti fer us adequat i òptim del PET opac reciclat (rPET-O) i d'aquesta manera aconseguir donar-li una segona vida a aquest material. Un dels materials utilitzats es el polipropilè que forma la fase majoritària i continua del sistema. L'altre, es el rPET-O que forma la fase minoritària i discontinua. Amb l'extrusió es va realitzar dues mescles de composició diferent; després, cada mescla es va injectar a dues velocitats diferents. Es vol determinar si la fase secundaria pot actuar com a reforç de la matriu de polipropilè, i quines condicions de composició i processament afavoreixen aquesta microestructura. Per determinar-ho, s'ha realitzat assajos de índex de fluïdesa (MFI), calorimetria diferencial de rastreig (DSC), assajos de tracció y flexió uniaxial i microscòpia electrònica de rastreig (SEM). S'ha comprovat que la mescla es de naturalesa immiscible que forma una estructura bifàsica amb mala adhesió entre fases. Les propietats mecàniques mostren que l'augment de percentatge en pes de la fase minoritària provoca l'augment del mòdul elàstic a la vegada que es redueix la capacitat de deformació degut a la mala adherència entre fases i la aparició de micro-buits. Dit d'una altra manera, l'augment de fase minoritària disminueix la ductilitat del material. Per altra banda, la velocitat d'injecció promou l'orientació de la fase secundaria degut a cisallament entre el motlle i el material durant el procés d'injecció. El que es tradueix en un augment de la resistència a tracció.

Este proyecto tiene como finalidad desarrollar una mezcla polimérica que permita hacer un uso adecuado y optimo del PET opaco reciclado (rPET-O) y así conseguir darle una segunda vida a este material. Uno de los materiales usados es el polipropileno que se encuentra en mayor cantidad siendo la fase mayoritaria y continua. El otro, se trata del rPET-O que se encuentra como fase minoritaria y discontinua. Mediante extrusión se ha realizado dos mezclas de distinta composición y, a continuación, cada mezcla ha sido inyectada a dos velocidades distintas. Se quiere determinar si la fase minoritaria puede actuar como refuerzo de la matriz de polipropileno y qué condiciones de composición y procesamiento favorecen esa microestructura. Para ello, se ha realizado ensayos de índice de fluidez (MFI), calorimetría diferencial de barrido (DSC), ensayos de tracción y flexión uniaxial y microscopía electrónica de barrido (SEM). Se ha corroborado que la mezcla es de naturaleza inmiscible que forma una microestructura bifásica con mala adhesión entre fases. Las propiedades mecánicas muestran que el aumento de porcentaje en peso de la fase minoritaria produce un aumento en el módulo elástico a la vez que se reduce la capacidad de deformación debido a la mala adherencia entre fases y la aparición de micro-vacíos. En otras palabras, un aumento del porcentaje de la fase minoritaria disminuye la ductilidad del material. Por otro lado, un aumento de la velocidad de inyección promueve la orientación de la fase secundaria debido al aumento de cizalla entre el molde y el material durante el proceso de inyección. Eso se traduce en un aumento de la resistencia a la tracción.

The aim of this project is to develop a polymeric mixture that allows for the appropriate and optimal use of recycled opaque PET (rPET-O) and thus give this material a second life. One of the materials used is polypropylene, which is found in greater quantities and is the majority and continuous phase. The other is rPET-O, which is found as a minority and discontinuous phase. An extrusion process has been used to generate two mixtures of different composition and then each mixture has been injected at two different speeds. The aim is to determine if the minority phase can act as a reinforcement of the polypropylene matrix, and what composition and processing conditions can achieve this microstructure. For this purpose, melt flow index tests (MFI), differential scanning calorimetry (DSC), uniaxial tensile and flexural tests and scanning electron microscopy (SEM) have been carried out. The mixture was found to be immiscible in nature forming a two-phase microstructure with poor interphase adhesion. The mechanical properties show that increasing the weight percentage of the minority phase leads to an increase in the elastic modulus while reducing the deformation capacity due to poor interphase adhesion and micro-voids. In other words, an increase in the percentage of the minority phase decreases ductility of the material. On the other hand, an increase in injection speed promotes the orientation of the secondary phase due to increased shear between the mould and the material during the injection process. This gets an increase in yield strength.

Optimización del proceso industrial de laminación de tarjetas plásticas

Projecte Final de Màster Oficial

Roman Garcia, Clara Isabel

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Abt, Tobias Martin

Fecha de publicación: 2023

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

En aquest treball s'ha realitzat un estudi del procés de laminació de tarjetes plastiques per abordar el problema de la fragilitat en el material de tereftalat de polietilé (PET) reciclat i multicapa. La industria de les tarjetes de pagament ha utilitzat fins el 2020 policorur de vinil (PVC) com a material majoritari en la seva producció. Per disminuir la seva petjada de carboni, comença a utilitzar materials més sostenibles com el PET reciclat. A diferencia del PVC, al ser el PET un material semicristalí, pot portar problemes de fragilitat, i tenir una amplitud de procesament més reduida que el seu antecessor. Es pot comprobar que el problema de la fragilitat es causat per un augment en la cristalinitat, realitzant una caraxterització térmica dels materials laminats a la planta de Giesecke+Devrient. A partir d'aquí, s'estudien les temperatures en les que s'aconsegueix major adhesió, així com la cristanilitat de les monocapes del material. Es va obtenir una finestra de procesament optima entre els 90°C i els 100°C, evitant el problema de l'augment de cristanilitat. A 100°C la força d'adhesió es major, mentre que si s'utilitza un parametre de 90°C es pot estalviar un 40% en temps de laminació.

En este trabajo se realiza un estudio del proceso de laminación de tarjetas plásticas para abordar el problema de fragilidad en el material de tereftalato de polietileno (PET) reciclado multicapa. La industria de tarjetas de pago ha utilizado hasta 2020 policloruro de vinilo (PVC) como material mayoritario en su producción. Para disminuir su huella de carbono, empieza a utilizar materiales más sostenibles como el PET reciclado. A diferencia del PVC, al ser el PET un material semicristalino, puede traer problemas de fragilidad y tener una ventana de procesamiento más reducida que su antecesor. Se comprueba que el problema de fragilidad es causado por un aumento de cristalinidad, realizando una caracterización térmica de los materiales laminados en la planta de Giesecke+Devrient. A partir de aquí, se estudian las temperaturas a las que se consigue mayor adhesión, así como la cristalinidad de las monocapas del material. Se obtiene una ventana de procesamiento óptima entre los 90ºC y 100ºC, evitando problemas de aumento de cristalinidad. A 100ºC la fuerza de adhesión es mayor, mientras que si se utiliza un parámetro de 90ºC se puede ahorrar un 40% en tiempo de laminación.

The aim of this work is to study the lamination process of plastic cards to overcome the brittleness problem of multilayer, recycled, polyethylene therephtalate (PET). The payment card industry has used polyvinyl chloride (PVC) up until 2020 as the main material for its production. In order to reduce its carbon footprint, this industry started using more sustainable materials such as recycled PET. Contrary to PVC, since PET is a semicrystalline material, it can cause fragility problems and has a narrower processing window. The root cause to the britleness issue is verified to be an increase in crystallinity by carrying out a thermal characterization of the laminated materials from Giesecke+Devrient. Then the cristallinity of the monolayers of the material is studied, along with the processing window where the adhesion force is the strongest. The results show a temperature window between 90ºC and 100ºC, where crystallinity increase is avoided. At 100ºC the adhesion force acchieved is stronger. However, using a temperature of 90ºC can save up to 40% in the laminating process time.

Processing and characterization of elastomers and elastomer composites using wastes rubber

Projecte Final de Màster Oficial

Zimny, Adèle

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Candau, Nicolas

Fecha de publicación: 2023

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

En el contexto medioambiental actual, el desarrollo de tecnologías ecológicas de calefacción/refrigeración y el reciclaje de residuos plásticos se están convirtiendo en dos desafíos sociales e industriales cruciales. El caucho natural (NR) es un material prometedor para aplicaciones de calefacción/refrigeración debido a su capacidad única de cristalización inducida por tensión (SIC), pero sus propiedades elastocalóricas resultantes deben mejorarse. El objetivo de este proyecto es desarrollar compuestos basados en NR que incorporen caucho de neumático molido (GTR) para promover el efecto elastocalórico. Los materiales se prepararon usando un mezclador interno y se vulcanizaron con peróxido de dicumilo (DCP). El tiempo de vulcanización se determinó utilizando dos métodos: ex situ (hinchamiento en varios tiempos de curado) e in situ (vulcanización dinámica). En ambos casos se determinó un tiempo de vulcanización optimizado de 5 minutos a 170 °C. Con estas características de curado, se diseñaron series de compuestos de caucho y se investigaron diferentes parámetros: geométrico (espesor de la muestra), de composición (contenido de GTR y DCP), así como las condiciones de ensayos de tracción (velocidad de deformación lenta y rápida) para optimizar sus propiedades elastocalóricas. Los ensayos de tracción a velocidad de deformación lenta (0,11 s-1 ) y rápida (3,33 s-1 ) sugieren un aumento del módulo de tracción, del refuerzo a largas deformaciones y de la deformación a ruptura durante la reducción del espesor de la muestra, lo que se atribuye a un mayor grado de reticulación y un curado más homogéneo. Se encontró que la presencia de GTR (hasta 30% en peso) aumenta tanto el módulo elástico como el refuerzo a largas deformaciones debido al efecto reforzante de las partículas de GTR que contienen agregados de negro de humo y su posible efecto de nucleación sobre la SIC en la matriz de NR. Esta capacidad se demostró realizando ensayos de tracción a velocidad rápida, cerca de condiciones adiabáticas, en las que se midió el calentamiento/enfriamiento con una cámara infrarroja. La presencia de GTR aumentó 6% la amplitud de temperatura (temperature span) y 30% el calentamiento durante tracción en comparación con el NR, lo que se atribuyó en parte a la mejora de la SIC. El uso de materiales naturales y reciclados hace de estos compuestos elastocalóricos una alternativa ecológica a la tecnología de calefacción/refrigeración.

En el context mediambiental actual, el desenvolupament de tecnologies ecològiques d'escalfament/refredament i el reciclatge de residus plàstics s'estan convertint en dos reptes socials i industrials crucials. El cautxú natural (NR) és un material prometedor en aplicacions d'escalfament/refredament perla seva capacitat única de cristal·lització induïda per la tensió (SIC), però les seves propietats elastocalòriques s'han de millorar. L´objectiu d´aquest projecte és el desenvolupament de compostos basats en NR que incorporin residu de cautxú de pneumàtic (GTR) per promoure l´efecte elastocalòric. Els materials es van preparar utilitzant un mesclador intern i es van vulcanitzar amb peròxid de dicumil (DCP). El temps de vulcanització es va determinar utilitzant dos mètodes: ex situ (inflament a diferents temps de curat) i in situ (vulcanització dinàmica). En ambdós casos, es va determinar un temps de vulcanització optimitzat de 5 minuts a 170 °C. Amb aquestes característiques de curat, es van dissenyar sèries de compostos de cautxú i es van investigar diferents paràmetres: geomètric (gruix de la mostra), de composició (contingut en GTR i DCP), així com les condicions d'assaigs de tracció (velocitat de deformació lenta i ràpida) per optimitzar-ne les propietats elastocalòriques. Els assaigs de tracció a velocitat de deformació lenta (0,11 s-1 ) i ràpida (3,33 s-1 ) suggereixen un augment del mòdul de tracció, del reforç mecànic a llargues deformacions i de la deformació a ruptura amb la reducció del gruix de la mostra, que atribuïm a un grau de reticulació major i un processament de curat més homogeni. Es va trobar que la presència de GTR (fins a 30% en pes) augmenta tant el mòdul elàstic com el reforç a llargues deformacions a causa de l'efecte reforçant de les partícules de GTR que contenen agregats de negre de fum i el possible efecte de nucleació sobre la SIC dins de la matriu de NR. Aquesta capacitat es va demostrar realitzant assaigs de tracció a velocitat ràpida, en condicions quasi-adiabàtiques, en què es va mesurar l'escalfament/refredament amb una càmera infraroja. La presència de GTR va augmentar de 6% l'amplitud de temperatura (temperature span) i de 30% l'escalfament durant tracció en comparació amb el NR, que vam atribuir a la millora de la SIC. L'ús de materials naturals i reciclats en aquests compostos elastocalòrics son una alternativa ecològica a les tecnologies convencionals d'escalfament/refredament.

In the current environmental context, the development of eco-friendly heating/cooling technology and the recycling of waste plastics are becoming two crucial societal and industrial challenges. Natural rubber (NR) is a promising material for heating/cooling applications due to its unique strain induced crystallization (SIC) ability, buts its resulting elastocaloric properties must be improved. The aim of this project is to develop NR based composites incorporating ground tire rubber (GTR) to tentatively promote the elastocaloric effect. The materials were prepared by blending in an internal mixer and vulcanized using dicumyl peroxide (DCP) as crosslinking agent. The vulcanization time was investigated using an ex-situ method (swelling at various curing times) and an in-situ method (dynamic vulcanization), both suggesting an optimized vulcanization time of 5 minutes at 170 °C. Using these curing characteristics, series of rubber composites were designed and geometry parameters (specimen thickness), materials parameters (GTR, DCP content) and loading conditions (slow and fast strain rate) were investigated to propose optimized elastocaloric materials. Both tensile tests at slow (0.11 s-1 ) and fast strain rate (3.33 s-1 ) suggest an increase of the tensile modulus, large strain reinforcement and strain at fail while decreasing the specimen thickness, that we attributed to a higher degree of crosslinking and a more homogeneous curing. The presence of the GTR (up to 30 wt.%) were found to also increase both the elastic modulus and large strain reinforcement due to the reinforcing effect of the GTR particles that contain carbon black aggregates and their possible nucleating effect on SIC in the NR matrix. Such ability had been evidenced by performing fast strain rate tests near adiabatic conditions, where the heating/cooling were measured by using an infrared camera during tensile loading. Indeed, the presence of GTR was found to increase the temperature span of 6% and the heating during loading of 30% as compared to NR, that was partly ascribed to the enhanced SIC. The use of both natural and recycled materials makes these elastocaloric composites promising eco-friendly alternative solution to heating/cooling technology.

Diseño y fabricación de módulos fotovoltaicos orgánicos impresos sobreinyectados

Projecte Final de Màster Oficial

Pinyol Castillo, Paula

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Burgués Ceballos, Ignasi

Fecha de publicación: 2023

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

El presente trabajo se ha desarrollado durante las prácticas en la empresa EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, en la unidad de Functional Printing & Embedded Devices. El principal objetivo planteado en el proyecto ha sido fabricar dispositivos fotovoltaicos orgánicos (OPV) e incorporarlos en piezas plásticas inyectadas, sin que estos pierdan su funcionalidad. En primer lugar, se han optimizado las distintas capas que conforman los OPVs. En segundo lugar, se han fabricado dispositivos sobre sustrato rígido y flexible mediante técnicas de impresión (Dr. Blade, SlotDie y serigrafia) y mediante evaporación térmica. En tercer lugar, se ha comparado el uso de poliuretano termoplástico (TPU) y policarbonato (PC) para la inyección de los dispositivos OPV mediante una máquina de inyección de polímeros termoplásticos; las muestras se han preparado anteriormente con film soporte, film barrera y distintos tipos de adhesivos. Gracias a la caracterización de las muestras mediante curvas J-V, 4 puntas, EQE, medidas de absorbancia y LBIC, se ha monitorizado el efecto de los distintos parámetros de fabricación y del proceso de inyección en los dispositivos. Por lo que se refiere a la configuración de los dispositivos, se ha determinado que el material donante PM6 tiene mayor absorbancia que el PTQ10, aunque éste es capaz de generar una mayor diferencia de potencial. Además, al añadir IDIC en los sistemas probados, se consigue mejorar la extracción de carga. También se ha establecido un sistema para optimizar el grosor de la capa fotoactiva (PAL) según los materiales del OPV. En esta línea, se concluye que los OPVs semitransparentes necesitan mayor grosor de PAL para conseguir fotocorrientes cercanas a las obtenidas con capas evaporadas. En cuanto a los electrodos impresos, se ha determinado que tintas basadas en nanohilos de plata (AgNWs) o PEDOT:PSS, presentan un gran potencial para sustituir el ITO como electrodo inferior, por su baja resistividad y alta transmitancia; sin embargo, aún faltan por solucionar problemas relacionados con su compatibilidad con el stack, su rugosidad y la estabilidad de las capas. Finalmente, los dispositivos OPV fabricados con ITO y Flextrode (electrodo comercial de Ag y PEDOT:PSS) han presentado una tolerancia satisfactoria al proceso de inyección, manteniendo un promedio del ~90% de su eficiencia original. Se concluye que los dispositivos OPV con PM6 como material donante de la capa activa y con TPU como material termoplástico inyectado alcanzan una mayor funcionalidad. Por otro lado, las muestras inyectadas con PC muestran un descenso drástico en su funcionalidad, presumiblemente debido a la degradación de la capa activa con las mayores temperaturas de inyección.

El present treball s'ha desenvolupat durant les pràctiques en l'empresa EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, en la unitat de Functional Printing & Embedded Devices. El principal objectiu plantejat en el projecte ha estat fabricar dispositius fotovoltaics orgànics (OPV) i incorporar-los en peces plàstiques injectades, sense que aquests perdin la seva funcionalitat. En primer lloc, s'han optimitzat les diferents capes que conformen els OPVs. En segon lloc, s'han fabricat dispositius sobre substrats rígids i flexibles mitjançant tècniques d'impressió (Dr. Blade, Slot-Die i serigrafia) i mitjançant evaporació tèrmica. En tercer lloc, s'ha comparat l'ús de poliuretà termoplàstic (TPU) i policarbonat (PC) per a la injecció dels dispositius OPV mitjançant una maquina d'injecció de polímers termoplàstics; les mostres s'han preparat anteriorment amb film suport, film barrera i diferents tipus d'adhesius. Gràcies a la caracterització de les mostres mitjançant corbes J-V, 4 puntes, EQE, mesures d'absorbància i LBIC, s'ha monitorat l'efecte dels diferents paràmetres de fabricació i del procés d'injecció en els dispositius. Pel que fa a la configuració dels dispositius, s'ha determinat que el material donant PM6 té major absorbància que el PTQ10, encara que aquest és capaç de generar una major diferència de potencial. A més, en afegir IDIC en els sistemes provats, s'aconsegueix millorar l'extracció de càrrega. També s'ha establert un sistema per a optimitzar el gruix de la capa fotoactiva (PAL) segons els materials de l'OPV. En aquesta línia, es conclou que els OPVs semitransparents necessiten major gruix de PAL per aconseguir generar fotocorrents properes a les obtingudes amb capes evaporades. En quant als elèctrodes impresos, s'ha determinat que tintes basades en nanofils de plata (AgNWs) o PEDOT:PSS, presenten un gran potencial per a substituir l'ITO com a elèctrode inferior, per la seva baixa resistivitat i alta transmitància; no obstant això, encara falten per solucionar problemes relacionats amb la seva compatibilitat amb el stack, la seva rugositat i l'estabilitat de les capes. Finalment, els dispositius OPV fabricats amb ITO i Flextrode (elèctrode comercial d'Ag i PEDOT:PSS) han presentat una tolerància satisfactòria al procés d'injecció, mantenint una mitjana del ~90% de la seva eficiència original. Es conclou que els dispositius OPV amb PM6 com a material donant de la capa activa i amb TPU com a material termoplàstic injectat, aconsegueixen una major funcionalitat. D'altra banda, les mostres injectades amb PC mostren un descens dràstic en la seva funcionalitat, presumiblement a causa de la degradació de la capa activa amb les majors temperatures d'injecció.

This work has been developed during the internship at EURECAT, centre tecnològic de Catalunya, in the Functional Printing & Embedded Devices unit. The main objective of the project was to manufacture organic photovoltaic devices (OPV) and incorporate them into injected plastic parts, without losing their functionality. Firstly, the different layers that make up the OPVs have been optimised. Secondly, devices have been manufactured on rigid and flexible substrates using printing techniques (Dr. Blade, Slot-Die and screen printing) and thermal evaporation. Thirdly, the use of thermoplastic polyurethane (TPU) and polycarbonate (PC) for the injection of OPV devices has been compared using a thermoplastic polymer injection molding; the samples have been previously prepared with backing film, barrier film and different types of adhesives. Thanks to the characterisation of the samples by J-V curves, 4-point, EQE, absorbance and LBIC measurements, the effect of the different manufacturing and injection process parameters of the devices has been monitored. Regarding the configuration of the devices, it has been determined that the PM6 donor material has a higher absorbance than PTQ10, although PTQ10 is able to generate a higher potential difference. In addition, the addition of IDIC to the tested systems improves the charge extraction. A system has also been established to optimise the thickness of the photoactive layer (PAL) according to the OPV materials. In this line, it is concluded that semi-transparentOPVs need higher PAL thickness to achieve photocurrents approaching those obtained with evaporated layers. As for printed electrodes, inks based on silver nanowires (AgNWs) or PEDOT:PSS have been identified as having great potential to replace ITO as the bottom electrode, due to their low resistivity and high transmittance; however, issues related to stack compatibility, roughness and layer stability remain to be solved. Finally, OPV devices fabricated with ITO and Flextrode (commercial Ag and PEDOT:PSS electrode) have shown a satisfactory tolerance to the injection process, maintaining an average of ~90% of their original efficiency. It is concluded that OPV devices with PM6 as active layer donor material and TPU as injected thermoplastic material achieve higher functionality. On the other hand, samples injected with PC show a drastic decrease in their functionality, presumably due to the degradation of the active layer at higher injection temperatures.

Welding between weldspout and mono-material structures films

Projecte Final de Màster Oficial

Esquerdo Fossas, Martí

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2022

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB)

Ver detalle Acceso al texto completo

Preparation and characterization of composites containing natural rubber, wastes rubber and cellulose nano-crystals

Projecte Final de Màster Oficial

Vasmer, Emilien

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Candau, Nicolas

Fecha de publicación: 2022

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

El desenvolupament de tecnologia de calefacció /refrigeració ecològica i el reciclatge de residus plàstics són dos desafiaments socials i industrials clau. Per contribuir a aquests desafiaments, aquest projecte proposa el disseny de compostos a base de cautxú natural (NR) utilitzant cautxú de pneumàtics mòlt (GTR) i nanocristalls de cel·lulosa (CNC) per aplicacions calòriques. Els materials es preparen en un mesclador intern i es vulcanitzen en una impremta calenta. En primer lloc, es van investigar les propietats de cristal·lització induïdes per deformació mitjançant l'aplicació de cicles uniaxials de velocitat de deformació lenta (7 min-1). L' addició de CNC i GTR donen com a resultat un reforç de les propietats de tracció (augment del mòdul de tracció i de la tensió de ruptura), atribuïts als efectes de reforç d'aquestes partícules, mentre que la tensió de ruptura es manté. A més, les partícules de GTR actuen com agents de nucleació per la cristal·lització induïda per tensió (SIC), com ho demostra el valor baix de la deformació a l'inici de la cristal·lització en els compostos. En segon lloc, es van realitzar cicles a alta velocitat de deformació (2×10² min-1) en condicions quasi adiabàtiques per avaluar les propietats elastocalòriques. Es va trobar que el GTR augmenta la temperatura d'escalfament i manté la temperatura de refrigeració, atribuïdes a l'efecte de nucleació mencionat anteriorment. A més, s'ha demostrat una disminució del temps de difusió tèrmica atribuïda a l'alta conductivitat tèrmica de les càrregues GTR, per qualsevol contingut en CNC. Els compostos NR/GTR/CNC mostren propietats eC millorades en comparació amb el NR pur. L'ús de materials tant naturals com reciclats fa que aquests compostos elastocalòrics siguin solucions ecològiques prometedores per a tecnologies alternatives de calefacció/refrigeració, en comparació amb la tecnologia convencional de compressió de vapor.

El desarrollo de tecnología de calefacción/refrigeración ecológica y el reciclaje de residuos plásticos son dos desafíos sociales e industriales cruciales. Para contribuir a estos desafíos, este proyecto propone el diseño de compuestos a base de caucho natural (NR) utilizando caucho de neumático molido (GTR) y nanocristales de celulosa (CNC) para aplicaciones calóricas. Los materiales se prepararon en un mezclador interno y se vulcanizaron en una prensa caliente. En primer lugar, se investigaron las propiedades de cristalización inducidas por tracción y deformación mediante la aplicación de ciclos uniaxiales de velocidad de deformación lenta (7 min-1). La adición de CNC y GTR en la matriz de caucho natural dan como resultado un refuerzo de las propiedades de tracción (aumento del módulo de tracción y de la tensión de rotura), atribuidos a los efectos de refuerzo de estas partículas, mientras que la tensión de rotura se mantiene. Además, las partículas de GTR actúan como agentes de nucleación para la cristalización inducida por tensión (SIC), como lo demuestra una baja deformación al inicio de la cristalización en los compuestos. En segundo lugar, se realizaron ciclos a alta velocidad de deformación (2×10² min-1) en condiciones casi adiabáticas para evaluar las propiedades elastocalóricas. Se encontró que el GTR aumenta la temperatura de calentamiento y mantiene la temperatura de enfriamiento atribuido al efecto de nucleación mencionado anteriormente. Una disminución del tiempo de difusión térmica atribuida a la alta conductividad térmica de las cargas GTR se ha observado, independiente del contenido en CNC. Los compuestos NR/GTR/CNC muestran propiedades eC mejoradas en comparación con el NR puro. El uso de materiales tanto naturales como reciclados hace que estos compuestos elastocalóricos sean soluciones ecológicas prometedoras para tecnologías alternativas de calefacción/refrigeración, en comparación con la tecnología convencional de compresión de vapor.

The development of eco-friendly heating/cooling technology and the recycling of waste plastics are two crucial societal and industrial challenges. To contribute to these challenges, this project proposes the design of natural rubber (NR)-based composites using ground tyre rubber (GTR) and cellulose nanocrystals (CNC) for caloric applications. The materials were prepared by blending in an internal mixer and vulcanized using dicumyl peroxide (DCP). First, the tensile and strain induced crystallization properties were investigated by applying slow strain rate uniaxial cycles (7 min-1). The addition of CNC and GTR both result in a reinforcement of tensile properties (tensile modulus and stress at break), that we ascribed to the reinforcing effects of these fillers, while the strain at break is maintained. GTR fillers also act as nucleating agents for the strain induced crystallization (SIC), as demonstrated by the decrease of strain at crystallization onset in the composites as compared to neat NR. Second, cycles were performed at high strain rate (2×10² min-1) near adiabatic conditions to evaluate elastocaloric properties. GTR were found to increase the heating temperature and to maintain the cooling temperature, owing the above-mentioned nucleation effect. Moreover, a decrease of the thermal diffusion time ascribed to the high thermal conductivity of the GTR fillers due to their high content of carbon black was observed, at various CNC content. The NR/GTR/CNC composites show improved eC properties as compared to neat NR. The use of both natural and recycled materials makes these elastocaloric composites promising eco-friendly solutions for alternative heating/cooling technology, as compared to conventional vapor-compression technology.

Tecnología In Mold Electronics: estudio y optimización de conectores para un nuevo demostrador

Projecte Final de Màster Oficial

López Porta, Aina

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Sáez, Carlos

Fecha de publicación: 2021

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Acceso al texto completo

Effect of the crosslinking agnet on dynamically vulcanized pla/natural rubber/wastes rubber blends

Projecte Final de Màster Oficial

Roura Coll, Pol

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Candau, Nicolas

Fecha de publicación: 2021

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Aquest projecte s'ha dedicat al disseny d'un elastòmer termoplàstic (TPE) endurit a base de residus i de materials bio-basats amb l'objectiu de contribuir a la reducció de l'impacte mediambiental de l'industria dels polímers. Per fer-ho, s'ha barrejat àcid polilàctic (PLA), un material plàstic bio-basat, rígid i fort però fràgil amb cautxú de neumàtics triturats (GTR). El cautxú natural (NR) s'ha utilitzat com a tercer component per encapsular el GTR amb l'objectiu final de preparar mescles ternàries de PLA/NR/GTR vulcanitzades dinàmicament. Com la vulcanització dinàmica és crucial per optimitzar les propietats de tracció i impacte del TPE, quantifiquem l'efecte de la concentració de l'agent reticulant (DCP). Es va descobrir que les mescles ternàries (PLA/NR/GTR) vulcanitzades dinàmicament utilitzant 55% en pes de PLA, 30% en pes de NR i 15% en pes de GTR amb 3,75% en pes de DCP van mostrar una energia al trencament de 16 MJ/m3 i una resistència a l'impacte de 389 KJ/m2, que superen àmpliament a les del PLA pur que mostra una energia al trencament d'1 MJ/m3 i una resistència a l'impacte de 60 KJ/m2. Les barreges processades contribueixen a la reducció del potencial d'escalfament global, tal com confirma una avaluació del cicle de vida (ACV), la qual cosa, juntament amb la millora de la tenacitat del PLA i la reutilització dels residus de cautxú dels neumàtics , fa que les mescles de PLA/NR/GTR siguin d'interès ecològic, econòmic i industrial.

Este proyecto se dedicó al diseño de un elastómero termoplástico (TPE) endurecido a base de residuos y de materiales bio-basados con el objetivo de contribuir a la reducción del impacto medioambiental de la industria de los polímeros. Para ello, se mezcla ácido poliláctico (PLA), un material plástico de base biológica, rígido, fuerte pero frágil, con caucho de neumático molido (GTR). El caucho natural (NR) se ha utilizado como tercer componente para encapsular el GTR con el objetivo final de preparar mezclas ternarias de PLA/NR/GTR vulcanizadas dinámicamente. Como la vulcanización dinámica es crucial para optimizar las propiedades de tracción e impacto del TPE, cuantificamos el efecto de la concentración del agente reticulante (DCP). Se descubrió que las mezclas ternarias (PLA/NR/GTR) vulcanizadas dinámicamente utilizando 55 % en peso de PLA, 30 % en peso de NR y 15 % en peso de GTR con 3,75 % en peso de DCP mostraron una energía a la rotura de 16 MJ/m3 y una resistencia al impacto de 389 KJ/m2, que superan ampliamente a las del PLA puro que muestra una energía a la rotura de 1 MJ/m3 y una resistencia al impacto de 60 KJ/m2. Las mezclas procesadas contribuyen a la reducción del potencial de calentamiento global, tal y como confirma una evaluación del ciclo de vida (ACV), lo que, junto con la mejora de la tenacidad del PLA y la reutilización de los residuos de caucho de los neumáticos, hace que las mezclas de PLA/NR/GTR sean de interés ecológico, económico e industrial.

This project was dedicated to the design of a wastes-based and bio-based toughened thermoplastic elastomer (TPE) with the aim of contributing to the reduction of the environmental impact of the polymer industry. To this aim, we blended polylactic acid (PLA), a bio-based, stiff, strong but brittle plastic material, with ground tire rubber (GTR). Natural rubber (NR) has been used as a third component to encapsulate the GTR with the final aim of preparing dynamically vulcanized ternary PLA/NR/GTR blends. As dynamic vulcanization is crucial to optimize the tensile and impact properties of the TPE, we quantified the effect of the concentration of the crosslinking agent (DCP). It was found that dynamically vulcanized ternary (PLA/NR/GTR) blends using 55 wt. PLA, 30 wt.% of NR and 15 wt.% of GTR with 3.75 wt.% of DCP exhibited an energy at break of 16 MJ/m3 and impact strength of 389 KJ/m2, that largely surpass those of the neat PLA showing an energy at break of 1 MJ/m3 and an impact strength of 60 KJ/m2. The processed mixtures contribute to the reduction of the Global Warming Potential as confirmed by a life cycle assessment (LCA), which, together with the improved toughness of PLA and the re-use of wastes tire rubber residues make PLA/NR/GTR blends of ecological, economical and industrial interest.

Processing and optimization of pla/rubber blends based on waste tire rubber and natural rubber

Projecte Final de Màster Oficial

Jeannot, Hector

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2021

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Per tal de fer front al problema dels residus de plàstic i participar al desenvolupament d'una economia circular en la indústria del cautxú, s'ha proposat la creació de materials amb residus de pneumàtics, anomenats “ground tyre rubber” (GTR), per reforçar el polímer àcid polilàctic (PLA) , un termoplàstic fràgil i de base biològica. La compatibilitat entre aquests dos polímers s'ha optimitzat amb l'ús de cautxú natural (NR) com a tercer component, amb l'objectiu d'encapsular les partícules de GTR. Les mescles han sigut vulcanitzades dinàmicament amb “dicumyl peroxide” (DCP). S'han investigat els efectes dels paràmetres de procés (temps de residència, temperatura de procés) així com els efectes dels paràmetres dels materials (mida de les partícules de GTR, proporció i origen de l'PLA i de el cautxú) sobre les propietats mecàniques de les mescles. Les millors propietats mecàniques s'han obtingut amb l'ús d'una mida de partícules més fines (diàmetre <63 micres) per a cada tipus de mescla amb una base de PLA-GTR, amb o sense NR. A més, el fet de reemplaçar 1/3 de NR per GTR en les mescles ternàries PLA / NR / GTR ha permès augmentar el mòdul elàstic, el límit elàstic, la tenacitat i la resistència a l'impacte fins a una incorporació de 15 wt.% de cautxú reciclat. Els resultats han sigut atribuïts a (i) una encapsulació eficaç que permet una distribució homogènia de les partícules de GTR, (ii) una bona compatibilitat entre el NR i ambdós PLA i GTR (iii) un reforç mecànic a causa del fenomen de cristal·lització induït per deformació de l'NR.

Para hacer frente al problema de los residuos de plástico y participar en el desarrollo de una economía circular en la industria de caucho, la creación de materiales que contienen residuos de neumáticos, llamados ground tire rubber (GTR), para reforzar el ácido poliláctico (PLA), un termoplástico frágil y de base biológica, fue propuesta. La compatibilidad entre estos dos polímeros fue optimizada con el uso de caucho natural (NR) como tercer componente, con el objetivo de encapsular las partículas de GTR. Las mezclas fueron vulcanizadas dinámicamente con dicumyl peroxide (DCP) durante el proceso de mezcla por fundición. Los efectos de los parámetros de proceso (tiempo de residencia, temperatura de proceso) así como los parámetros de los materiales (tamaño de las partículas de GTR, proporción y origen del PLA y del caucho) sobre las propiedades mecánicas de las mezclas fueron investigados. El uso de un tamaño de partículas más fino (diámetro <63 µm) dio las mejores propiedades de tensión para cada tipo de mezcla con una basa de PLA-GTR, con o sin NR. Además, remplazar 1/3 del NR por GTR en las mezclas ternarias PLA/NR/GTR permitió aumentar el módulo elástico, el límite elástico, la tenacidad y la resistencia al impacto hasta una incorporación de 15 wt.% de caucho reciclado. Los resultados fueron atribuidos a (i) una encapsulación eficaz que permite una distribución homogénea de las partículas de GTR, (ii) una buena compatibilidad entre el NR y ambos PLA y GTR (iii) un refuerzo mecánico debido al fenómeno de cristalización inducida por deformación del NR.

To face the problem of plastic wastes generation and to participate in the development of a circular economy of the rubber industry, the design of materials incorporating waste ground tire rubber (GTR) to toughen the Polylactic Acid (PLA), a brittle biobased thermoplastic, has been proposed. The compatibility between these two polymers was optimized by using natural rubber (NR) as a third component, aiming to encapsulate the GTR particles. The blends were dynamically vulcanized with dicumyl peroxide (DCP) during melt-blending. The effects of the processing parameters (residence time, processing temperature) as well as the material parameters (GTR particles size, PLA and rubber content and origin) on the mechanical properties of the blends were investigated. The finest GTR particles size (diameter <63 µm) was found to render the best tensile properties for all type of PLA-GTR based blend, with or without NR. In addition, the replacement of 1/3 of the NR by GTR in ternary PLA/NR/GTR blends resulted in the improvement of the elastic modulus, the yield strength, the toughness and the impact strength using up to 15 wt.% of wastes rubber. The results were ascribed to (i) an efficient encapsulation allowing a homogeneous distribution of the GTR particles, (ii) a good compatibility of NR with both PLA and GTR and (iii) a mechanical reinforcement due to strain induced crystallization of the NR.

Preparation and Mechanical Characterization of PLA/Waste Rubber Blends

Projecte Final de Màster Oficial

Förster, Gero

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Candau, Nicolas

Fecha de publicación: 2020

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

La generació de residus de cautxú de neumàtics representa un pèrdua econòmica per la industria automòbil i un enorme risc ecològic, fet pel qual la seva revaloritzacio ha esdevingut imprescindible. Per abordar aquest problema, el cautxú “ground tire rubber” (GTR) va ser reciclat barrejant-lo amb àcid polilàctic (PLA), un termoplàstic biobasat fràgil, per augmentar l'energia de ruptura del PLA, a fi de fer-lo adequat per aplicacions industrials. Les mescles de PLA/GTR es van preparar mitjançant vulcanització dinàmica. Les condicions de processament (temps de residencia, temps de premsa), i els paràmetres dels materials (tipus de GTR, mida de partícules, rati PLA/GTR, agent de vulcanització) es van variar amb l'objectiu d'optimitzar les propietats de tracció de les mescles preparades. Una incorporació de menys del 10% de GTR triturat a temperatura ambient i tamisat (<125 µm) en mescles de PLA/GTR va produir un increment del doble de la deformació de ruptura i un augment del 70% de l'energia de ruptura. Una major quantitat de GTR (15%) en presència d'un agent de vulcanització va mostrar propietats similars. Els resultats obtinguts es van atribuir a (i) una baixa densitat d'entrecreuament del GTR, (ii) una bona distribució de les partícules de GTR tamisades en la matriu de PLA, (iii) una re-vulcanització dinàmica, millorada amb la presència d'un agent de reticulació.

La generación de residuos de caucho de neumáticos representa una pérdida económica para la industria automóvil y un enorme riesgo ecológico, por lo que su revalorización es imprescindible. Para abordar este problema, el caucho “ground tire rubber” (GTR) fue reciclado mezclándolo con ácido poliláctico (PLA), un termoplástico bio-basado frágil, para aumentar la energía de rotura del PLA con el fin de hacerlo adecuado para aplicaciones industriales. Las mezclas de PLA/GTR se prepararon mediante vulcanización dinámica. Las condiciones de procesamiento (tiempo de residencia, tiempo de prensa) y los parámetros de los materiales (tipo de GTR, tamaño de partículas, ratio PLA/GTR, agente de reticulación) se variaron con el objetivo de optimizar las propiedades de tracción de las mezclas preparadas. Una incorporación de menos de 10 % de GTR triturado a temperatura ambiente y tamizado (< 125 µm) en mezclas de PLA/GTR produjo un incremento del doble de la deformación de rotura y un aumento del 70 % de la energía de rotura. Una mayor cantidad de GTR (15 %) en presencia de un agente de vulcanización mostró propiedades similares. Los resultados obtenidos se atribuyeron a (i) una baja densidad de entrecruzamiento del GTR, (ii) una buena distribución de las partículas de GTR tamizado en la matriz de PLA, y (iii) una re-vulcanización dinámica, mejorada en presencia de un agente de reticulación.

The generation of waste rubber from pneumatic tires represents an economic loss for the automotive industry and a huge ecological risk, making its revalorization inevitable. To tackle this issue, waste ground tire rubber (GTR) was recycled by blending it with Polylactic acid (PLA), a brittle bio-based thermoplastic, to toughen PLA and make it suitable for non-tire automotive applications. PLA/GTR blends were prepared by melt-blending via dynamic vulcanization. Processing conditions (residence time, moulding time) and materials' parameters (GTR type, particle size, PLA/GTR ratio, vulcanizing agent) were varied to improve the tensile properties of the prepared blends. It was found that the incorporation of less than 10 % of ambient grinded GTR crumbs (sieved: diameter < 125 µm) into PLA/GTR blends yielded in a two-fold increase in strain at break and an increase of 70 % of the tensile energy at break. A higher quantity of GTR (15 wt. %) in presence of a crosslinking agent showed similarly improved properties. Results were ascribed to (i) a low network chains density of the GTR crumbs obtained by grinding, (ii) a good stress distribution of the selected GTR particles over the PLA matrix, and (iii) dynamic re-vulcanization, enhanced in presence of the crosslinking agent.

Microinyección de poliolefinas cíclicas (COP) con calidad óptica para su uso en dispositivos electrónicos

Projecte Final de Màster Oficial

Espinoza López, Jhoan Emeterio

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa; Santana Pérez, Orlando Onofre

Fecha de publicación: 2018

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Reaprofitament de taps de plàstic per a la fabricació de provetes per a les pràctiques docents

Trabajo final de grado

Cejudo Lapuyade, Albert

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2018

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Surface modification of chicken feather as reinforcement in polymer materials

Trabajo final de grado

Girbau Xalabarder, Joaquim

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2017

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

Formulación, extrusión, caracterización y procesado por impresión 3D de un poliuretano con memoria de forma para la fabricación de tejidos funcionales con memoria de forma

Projecte Final de Màster Oficial

Hidalgo Barriendo, Laura

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2017

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Ver detalle Acceso al texto completo

El presente proyecto final de master forma parte de un proyecto de investigación interno del Centro Tecnológico de Cataluña (EURECAT), conocido bajo el acrónimo “TexMemV2”. El trabajo realizado en este proyecto consistió en producir y caracterizar monofilamentos de un poliuretano con memoria de forma, SMPU (Shape Memory PolyUrethane) y sus mezclas con nanotubos de carbono MWCNTs (Multi-‐Wall Carbon Nanotubes) a partir de los que se realizaron monofilamentos eléctricamente conductivos. El objetivo prioritario fue conseguir un material con propiedades avanzadas y entender como es su comportamiento para poder incorporarlo finalmente a aplicaciones textiles mediante procesos de Additive Manufacturing (AM). La primera etapa del trabajo consistió en formular y obtener por extrusión diferentes compounds de SMPU/MWCNTs. Esta etapa se realizó en una extrusora doble husillo escala laboratorio en el centro de EURECAT Cerdanyola. La siguiente etapa consistió en fabricar monofilamentos también por extrusión de las distintas formulaciones obtenidas anteriormente. Para poder llegar a la aplicación final también se realizó una caracterización térmica, físico-‐química y mecánica del material, para ello se utilizaron equipos como DSC, MFI e IR de la sede de EURECAT Cerdanyola, un dinamómetro de la sede EURECAT Canet y finalmente un equipo TGA perteneciente a la sede EURECAT Mataró. Dentro de toda la caracterización realizada también se estudió el efecto joule de los compuestos SMPU/MWCNTs obtenidos tras el paso de una fuente de voltaje de corriente continua a través del material conductivo. De todas las formulaciones analizadas (cargas del 3%, 5% y 8% de MWCNTs) la muestra con un 5% demostró tener las mejores propiedades termo-‐conductivas. Con esta formulación al pasar corriente DC a través del monofilamento se consigue estimular térmicamente el efecto de memoria de forma consiguiendo aportar temperaturas mayores (T=43ºC) a la temperatura de transición vítrea del material compuesto (Tg=35ºC). Finalmente se aplico el monofilamento de SMPU puro en procesos de fabricación aditiva (AM), utilizando técnicas de impresión 3D. Para la consecución de esta etapa del proyecto fue clave la colaboración con la unidad Advanced Manufacturing Systems de EURECAT Cerdanyola. Se consiguió imprimir la primera pieza en 3D con efecto de memoria de forma a partir de un monofilamento de SMPU puro previamente fabricado por extrusión.

Estudio de la viabilidad de fabricación de sillas en PET reciclado

Projecte Final de Màster Oficial

Klotz, Magali

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2017

Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE)

Acceso al texto completo

Disseny d'una unitat d'injecció portàtil per termoplàstics

Proyecto/Trabajo final de carrera

Torres Escribano, Clementino

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2016

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB)

Ver detalle Acceso al texto completo

L'objectiu del present projecte és el disseny d'una unitat d'injecció portàtil per termoplàstics per ser adaptada a una altra màquina i poder així fabricar peces de més d'un component. Es limita al disseny mecànic i hidràulic de la unitat, deixant fora de l'abast el disseny del sistema elèctric i de control electrònic A la primera part es dóna una descripció general del procés d'emmotllament per injecció de materials termoplàstics i de les diferents parts que componen una màquina. Amb aquesta primera aproximació, es presenta el procés d'injecció multicomponent i es descriuen diferents tècniques amb els seus diferents resultats sobre la peça final, i es descriuen diferents tipus d'unitats d'injecció per situar exactament l'objectiu del projecte. Es conclou amb un estudi d'algunes unitats d'injecció presents al mercat i la definició clara de les prestacions de partida que ha de satisfer la unitat a dissenyar. El disseny de la unitat comença pel mòdul de plastificació, el qual és el que realment està en contacte amb el termoplàstic. Les seves funcions són fondre, barrejar, dosificar, i generar la pressió i velocitat necessàries per introduir i compactar el termoplàstic al motlle. És la part més important del disseny ja que hi intervé una acurada selecció de materials, geometries i càlculs. Un cop definit el mòdul de plastificació es dissenyen els accionaments que el doten dels moviments i forces que el permetran realitzar les seves funcions correctament i complir les prestacions definides anteriorment. En aquesta part s'inclouen els cilindres que apliquen la potència per l'ompliment del motlle, el motor per aconseguir la dosificació del material i els cilindres que generen la força necessària per recolzar el broc al motlle. Es completa amb la tremuja d'alimentació i altres elements i el disseny del sistema de transmissió hidràulica necessari per subministrar la potència als òrgans de la unitat d'injecció i del cicle de treball que ha de realitzar el conjunt, útil per un posterior desenvolupament del sistema de control. Es conclou amb l'avantprojecte de xassís, el qual no pot quedar definit completament sense la part elèctrica. A la part final es detalla el pressupost necessari per la construcció d'un prototip sobre el que es pugui desenvolupar el projecte de sistema elèctric i de control i una valoració del treball realitzat, i es realitza un estudi d'impacte ambiental on es recullen els efectes que la màquina pot tenir sobre l'entorn, tant de caire ecològic com social. Durant el disseny s'ha aconseguit el propòsit d'obtenir una unitat d'injecció portàtil amb les prestacions proposades, encara que les dimensions finals han resultat més grans que les esperades o desitjades.

Caracterización de polipropileno con fibra de vidrio y policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno microespumados mediante moldeo por inyección MuCell®

Proyecto/Trabajo final de carrera

Rojas Jiménez, Ana

Tutor/a - Director/a: Maspoch Rulduà, M. Lluïsa

Fecha de publicación: 2016

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB)

Ver detalle Acceso al texto completo

El proyecto tiene como objetivo el análisis morfológico y de propiedades mecánicas de placas de polipropileno con fibra de vidrio (PP-GF30) y de policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno (PC/ABS), inyectadas mediante microespumación física (MuCell®). Este proyecto se enmarca dentro de un estudio más amplio que tiene como objetivo la comparación entre dos métodos de espumado físico mediante moldeo por inyección: el proceso MuCell® y un nuevo proceso del grupo Volkswagen AG, que se encuentra en desarrollo. Una de las principales ventajas que presentan estos materiales microespumados es la reducción de peso, cualidad importante dentro del sector de la automoción y relacionada directamente con el consumo de los vehículos y con las emisiones que éstos emiten. Para la realización del PFC, se parte de placas macizas y microespumadas con diferentes espesores, inyectadas en una inyectora equipada con el sistema de suministro de fluido supercrítico (SCF) MuCell®. Para la realización de los análisis tanto morfológico (densidad celular, diámetro de celdas y proporción entre piel maciza y núcleo espumado) como mecánico (tracción, flexión e impacto), se preparan y caracterizan probetas de los diferentes materiales con las diferentes condiciones de inyección. En el análisis morfológico ha podido observarse como en todas las placas espumadas están presentes dos zonas: una piel maciza y un núcleo espumado. La densidad celular y el tamaño de celda varían en función de las condiciones de espumación. Además en el PC/ABS, se observa en las zonas más próximas a la piel maciza, orientación celular en la dirección del flujo de inyección. En cuanto a la caracterización mecánica, se ha constatado que la espumación provoca un aumento en la anisotropía del material, teniendo una afectación mayor sobre la dirección perpendicular al flujo de inyección. Aunque de las propiedades mecánicas analizadas, la propiedad que mayor disminución experimenta es la resistencia al impacto, también se han observado disminuciones de resistencia a la tracción y a la flexión, así como de los respectivos módulos. Sin embargo en el análisis realizado, no se ha observado pérdida de propiedades en cuanto a deformaciones de tensión o de flexión. También se confirma, que la densidad del material espumado se encuentra directamente relacionada con la pérdida de propiedades mecánicas de éste.