La temática del proyecto incluye las siguientes actividades:_x000D_ -Investigación básica y aplicada, desarrollo y producción de nanocompuestos poliméricos._x000D_ -Desarrollo de técnicas de ultrasonido aplicadas a la producción de nanocompuestos._x000D_ -Desarrollo de una nueva línea de investigación básica y aplicada en el Instituto._x000D_ -Vinculación con la industria._x000D_ -Formación de recursos humanos en la línea de investigación del proyecto, incluidas inicialmente 4 tesis de licenciatura, una de maestría y una de doctorado._x000D_ -Publicación de los resultados en revistas internacionales._x000D_ -Producción de patentes y nuevos desarrollos tecnológicos._x000D_ -Difusión de los resultados en congresos internacionales de la especialidad._x000D_ _x000D_ El proyecto comprende varios aspectos:_x000D_ -Investigación básica._x000D_ -Investigación aplicada._x000D_ -Desarrollo y producción de nuevos materiales y nuevas tecnologías._x000D_ -Vinculación con la industria para la producción de objetos fabricados con las nuevas tecnologías._x000D_ _x000D_ a).- Investigación básica._x000D_ Recientemente, nuestro grupo de investigación ha realizado predicciones teóricas para el fenómeno de aumento de flujo en un tubo sometido a una perturbación longitudinal en él cual se encuentra un fluido complejo. Este fenómeno no es nuevo y se ha aplicado incluso como ayuda para el procesamiento de polímeros en extrusores con boquillas oscilantes(2-4). La perturbación se modela como un parámetro con una cierta frecuencia de oscilación y se han utilizado diferentes ecuaciones constitutivas para modelar el fenómeno de aumento en el flujo cuando la perturbación es longitudinal(5-13). Se han predicho aumentos en el flujo incluso mayores cuando la perturbación en el tubo es transversal(14-15). En esta parte del proyecto se harán predicciones teóricas del aumento de gasto resultado de aplicación de oscilaciones ultrasónicas, bajo gradiente de presión oscilante y bajo oscilaciones en la pared de un tubo que simula la boquilla de un extrusor._x000D_ _x000D_ b).-Investigación aplicada._x000D_ Nuestro grupo ha utilizado el efecto de las vibraciones producidas por ultrasonido aplicado a la salida de un extrusor como ayuda para el procesamiento. Se ha observado que el torque durante el proceso de extrusión disminuye cuando se aplica una onda ultrasónica, lo que podría representar una disminución en los costos de procesamiento (ahorro de energía). En el presente proyecto se plantea modelar la aplicación del ultrasonido como una perturbación con la frecuencia de oscilación correspondiente a la escala ultrasónica para predecir el aumento de flujo utilizando una ecuación que tome en cuenta la complejidad de los sistemas de fundidos poliméricos. El fenómeno de aumento en el flujo (manteniendo el torque constante) está directamente relacionado con la disminución en el torque (manteniendo el flujo constante) durante el proceso de extrusión, lo cual significa reducción en el gasto de energía durante el proceso. En esta parte del proyecto se montará un experimento en el cual se acople a la pared de un tubo transductores de ultrasonido para generar ondas ultrasónicas paralelas o normales a la trayectoria del flujo y medir el aumento en el gasto volumétrico del fluido complejo. Dentro de los fluidos complejos considerados se encuentran las soluciones de bentonitas cuyas partículas se encuentran en la escala de longitud nanométrica._x000D_ _x000D_ c).- Tecnología._x000D_ Se desarrollarán nano-compuestos de polietileno de alta densidad utilizando arcillas formadas por partículas de forma lamelar y de tamaño nanoscópico utilizando un extrusor al cual se le acoplará una boquilla con transductores que producen ondas ultrasónicas. Estos transductores estarán conectados a una fuente de poder que produce ondas a diferentes frecuencias e intensidades (en este proyecto se solicita financiamiento para la adquisición de la fuente de poder y los transductores de ultrasonido). El objeto de utilizar el ultrasonido es producir un aumento de la dispersión de las partículas en la matriz polimérica, aumentando los niveles de exfoliación de las mismas. Esto conlleva al aumento de propiedades mecánicas del compuesto en relación a la matriz de polímero. Paralelamente, se medirá el efecto de las vibraciones en el gasto volumétrico y en la reducción de la presión en la boquilla, para cuantificar el ahorro energético del proceso._x000D_ _x000D_ d).- Viculación Industrial._x000D_ Nuestro grupo ha desarrollado relaciones con la industria, de tal forma que será posible pasar a la etapa de planta piloto a nivel industrial y probar los nuevos desarrollos._x000D_ _x000D_ El proyecto aporta los siguientes beneficios:_x000D_ 1.- Incremento del conocimiento sobre el efecto de las perturbaciones oscilatorias en los fluidos complejos, en este caso, de nanocompuestos poliméricos._x000D_ 2.- Desarrollo de habilidades experimentales en las técnicas de ultrasonido aplicadas a procesos que involucran el flujo de líquidos complejos._x000D_ 3.- Desarrollo de nuevos materiales con propiedades mecánicas y reológicas superiores._x000D_ 4.- Vinculación con la industria para la producción de nuevos materiales y procesos._x000D_ 5.- La realización de 6 tesis, en un principio, 4 de licenciatura, una de maestría y una de doctorado._x000D_ 6.- El proyecto aporta resultados que pueden ser publicados en revistas de circulación internacional y de refereo estricto._x000D_ 7.- El proyecto difundirá estos resultados en foros académicos e industriales. _x000D_ 8.- El proyecto incluye la producción de dos patentes._x000D_ _x000D_

La originalidad del proyecto radica en la generación de nuevo conocimiento en ciencia básica y aplicada, y en el empleo de técnicas de ultrasonido para la dispersión y exfoliación de nanopartículas en la matriz polimérica. La novedad tecnológica es el proceso mediante el cual se generan ondas ultrasónicas en la pàred de la boquilla de un extrusor, la cual genera flujos extensionales, y junto con el efecto de inducir mayor dispersión de las partículas en la matriz de polímero, puede incrementar las propiedades mecánicas y reológicas del polímero._x000D_ _x000D_ Contribuciones Científicas._x000D_ El efecto de la vibración de las paredes de tuberías sobre el flujo de líquidos complejos ha sido analizado extensamente en el pasado inmediato. Los efectos observados son un incremento notable en el flujo volumétrico debido a las oscilaciones, las cuales se encuentran dentro del intervalo de bajas frecuencias. Este aumento en el gasto volumétrico es debido a la reducción de la viscosidad en la interfase líquido-pared sólida producida por las oscilaciones. Por lo tanto, el líquido necesariamente tiene que presentar pseudoplasticidad o tixotropía, ésto es, la reducción de la viscosidad con el aumento en la velocidad de deformación dependiente o no del tiempo. Sin embargo, el efecto de vibraciones sobre la pared del tubo en el intervalo de ultrafrecuencias no ha sido abordado en las investigaciones sobre el comportamiento de fluidos complejos. Para ésto, se incluyen una serie de actividades que van desde desarrollos teóricos y numéricos hasta la construcción de un dispositivo experimental que pueda medir el aumento del gasto volumétrico y relacionarlo con la frecuencia e intensidad de las vibraciones en el intervalo ultrasónico._x000D_ _x000D_ Contribuciones Tecnológicas._x000D_ Uno de los problemas fundamentales para la producción de nanocompuestos poliméricos es el grado de dispersión y exfoliación de las partículas en la matriz polimérica. Si no existe una buena dispersión, el efecto del área superficial de las partículas (ésto es, el incremento del area expuesta al polímero por la reducción de su tamaño)se ve nulificado. Como ya se conoce, al disminuir el tamaño de la partícula por exfoliación de los tactoides (empaquetamiento de las lamelas que formas las partículas de arcilla)se obtiene un incremento drástico en el área superficial de éstas, lo que resulta en un incremento notable en las propiedades mecánicas del polímero, y en el mejoramiento de su procesabilidad. El presente proyecto pretende el uso de técnicas de ultrasonido aplicadas al proceso de extrusión de plásticos, de tal forma que contribuyan a lograr un mejor grado de dispersión aumentando el grado de exfoliación de los tactoides. Esto requiere una sintonía entre la frecuencia e intensidad de las vibraciones con el tamaño de los tactoides, lo cual representa un reto tecnológico interesante._x000D_ _x000D_ Beneficios del proyecto._x000D_ 1.- Publicaciones derivadas de las investigaciones en ciencia básica._x000D_ 2.- Creación de un dispositivo experimental para mediciones de gasto volumétrico y caída de presión en una tubería cuya pared oscila a frecuencias ultrasónicas._x000D_ 3.- Dirección de una tesis doctoral, otra de maestría y 4 de licenciatura, con posibilidades de captar un mayor número de alumnos._x000D_ 4.- Producción de dos patentes, una relacionada con la construcción de la nueva boquilla acoplada a un extrusor, y otra con la producción de nuevos materiales nanocompuestos._x000D_ 5.- Difusión de las investigaciones en foros internacionales y nacionales.