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SISI
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INTRODUCCION
Durante los últimos 100 años se ha introducido una nueva clase de materiales, los
denominados plásticos. La rápida expansión y crecimiento de estos materiales ha
ocurrido a expensas de los materiales tradicionales en aplicaciones ya establecidas,
así como en el desarrollo de nuevas aplicaciones y mercados.
Sin los materiales plásticos es difícil concebir cómo se podrían haber desarrollado y
extendido algunos objetos característicos de la vida moderna (tales como el teléfono,
la televisión o los ordenadores) que en las sociedades desarrolladas tanto han
ayudado a mejorar el confort y la calidad de vida.
De todas las especialidades de la Química Orgánica, la Química de Polímeros destaca
tanto por el número de científicos que la desarrollan en el mundo, como por ser la que
exige una formación más específica en Química Orgánica.
Hasta finales del siglo pasado se consideraba que las substancias de alto peso
molecular, que a veces aparecían en los experimentos, eran simplemente el resultado
de reacciones fallidas. Desde la segunda guerra mundial se han desarrollado cientos
de polímeros.
En una primera clasificación, los materiales poliméricos se pueden dividir en dos
grandes grupos: los polímeros naturales y los polímeros sintéticos, denominándose
estos últimos generalmente como materiales plásticos. Los polímeros son moléculas
de gran tamaño formadas por la unión de compuestos orgánicos (monómeros)
mediante enlaces covalentes.
Por consiguiente, esta investigación estará enfocada en algunos términos relacionados
con los polímeros, de los cuales se desarrollaran cada uno de estos puntos de manera
clara y concisa, gracia al apoyo de diversas fuentes bibliográficas que sirvieron para
recoger un buen contenido sobre este tema.
POLIMEROS
HISTORIA Los polímeros naturales, por ejemplo la lana, la seda, la celulosa, etc., se han
empleado excesivamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Sin
embargo, hasta finales del siglo XIX no aparecieron los primeros polímeros sintéticos,
como por ejemplo el celuloide.
Los primeros polímeros que se sintetizaron se obtenían a través de transformaciones
de polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del caucho.
El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico
Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de
nitrato de celulosa.
El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga
Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. En 1922,
el químico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926
expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas
por enlaces covalentes. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo
¿Que son los Polímeros?
Polímeros: del griego Polys (muchos) + meros (parte).
“La unidad estructural que se repite a lo largo de la cadena polimérica se denomina
unidad repetitiva.”
Un polímero puede definirse como un material constituido por moléculas formadas por
unidades constitucionales que se repiten de una manera más o menos ordenada.
Dado el gran tamaño de estas moléculas, reciben el nombre de macromoléculas. Es
decir, que los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas
por la unión de otras moléculas más pequeñas llamadas monómeras, las cuales se
enlazan entre sí como si fueran los eslabones de una cadena. Estas cadenas, que en
ocasiones presentan también ramificaciones o entrecruzamientos, pueden llegar a
alcanzar un gran tamaño, razón por la cual son también conocidas con el nombre de
macromoléculas. Habitualmente los polímeros reciben, de forma incorrecta, el nombre
de plásticos, que en realidad corresponde tan sólo a un tipo específico de polímeros,
concretamente los que presentan propiedades plásticas (blandas, deformables y
maleables con el calor).
Los polímeros reciben también el nombre de macromoléculas, debido al enorme
tamaño de las moléculas que los componen. Estas moléculas gigantes tienen pesos
moleculares más de cien veces mayores que los de moléculas pequeñas como
el agua.
La mayor parte de los polímeros están formados por estructuras de carbón y por tanto
se consideran compuestos orgánicos. Aunque existen polímeros naturales de
gran valor comercial, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida
diaria, son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas
OBTENCIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
Por ciclos la humanidad ha obtenido ventajas de la versatilidad de los polímeros en
forma de grasas, alquitranes, resinas y gomas. Sin embargo, no es hasta la
Revolución Industrial que la Industria Moderna de los Polímeros comenzó a
desarrollarse. En las postrimerías de la década del 30 del siglo XIX, Charles Goodyear
tuvo éxitos en la producción y uso de la goma natural, a través de un proceso conocido
como “vulcanización”. Cuarenta años después, el celuloide (un plástico duro formado
por nitrocelulosa) fue exitosamente comercializado. A pesar de esos avances, el
progreso en la Ciencia de los Polímeros fue lento hasta los años treinta del siglo XX,
cuando materiales tales como el vinil, el neopreno, el poliestireno y el nylon fueron
desarrollados. La introducción de esos materiales revolucionarios comenzó una
explosión en la investigación de los polímeros, que continúa hasta nuestros días.
Incomparables en la diversidad de sus propiedades, polímeros tales como el algodón,
la lana, la goma, el teflón y todos los plásticos son usados en casi todas las industrias.
Los polímeros naturales y sintéticos pueden ser producidos en un amplio rango de
rigidez, resistencia mecánica, resistencia térmica, densidad e inclusive precios. Con la
investigación continua dentro de la ciencia y aplicación de los polímeros, ellos están
jugando y siempre incrementando un gran rol en toda la Sociedad.
CLASIFICACION DE LOS POLIMEROS
Los polímeros pueden clasificarse de diferentes maneras, y a su vez, esas
clasificaciones, pueden subdividirse en otras. Partiremos de lo más básico a lo más
complejo:
1. De acuerdo a su origen :
a) Naturales:
Los polímeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos, y por
lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad de ellos.
Las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos son todos polímeros
naturales que cumplen funciones vitales en los organismos y por tanto se les llama
biopolímeros. Otros ejemplos son la seda, el caucho, el algodón,
la madera (celulosa), la quitina, etc.
b)
Sintéticos:
Los polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en
una industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros
naturales, mientras que los polímeros semisintéticos son resultado de la
modificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón,
los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la nitrocelulosa o
el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos. Hoy en día, al
fabricarse polímeros se le pueden agregar ciertas sustancias que modifican sus
propiedades, ya sea flexibilidad, resistencia, dureza, elongación, etc.
c) Semisintéticos :
Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Ejemplo: caucho
vulcanizado, etc.
SEGÚN SUS PROPIEDADES FISICAS
Termoestables: Son polímeros que no se pueden fundir a través de
un proceso de calentamiento simple, puesto que su masa es tan dura
que necesita temperaturas muy elevadas para sufrir algún tipo de
destrucción.
Elastómeros: Son polímeros que aunque pueden ser deformados, una
vez que desaparece el agente que causó la pérdida de su forma
pueden retornar a ella. Tienen la propiedad de recuperar su forma al ser
sometidos a una deformación de ella. Ejemplo, Caucho vulcanizado.
Termoplásticos: Este es un tipo de polímeros que tienen facilidad para
ser fundidos, y por lo tanto pueden ser moldeados. Si tienen
una estructura regular y organizada, pertenecen a la subdivisión de los
cristalinos, pero si su estructura es desorganizada e irregular, se
consideran amorfos.
Resinas: Son polímeros termoestables que sufren una transformación
química cuando se funden, convirtiéndose en un sólido que al volverse
a fundir, se descompone. Ejemplo, PVC, Baquelita y Plexiglás.
Fibras: Tienen la forma de hilos. Se producen cuando el polímero
fundido se hace pasar a través de unos orificios de tamaño pequeño de
una matriz adecuada y se le aplica un estiramiento.
2. según su proceso de obtención
Los polímeros se obtiene gracias a la polimerización, en esta los monómeros se
agrupan entre si y forman el polímero.
a) Por Condensación: Son polímeros obtenidos como consecuencia de la unión de monómeros
propiciada por una eliminación molecular.
b) Por Adición: Son polímeros que resultan de la unión de monómeros por medio de enlaces
múltiples.
3. Según su Composición :
a) Homopolímeros:
Formados a partir de un solo tipo de monómero.
b)
Heteropolimeros:
Formados por dos o más monómeros distintos. Cuando están formados solo por
dos tipos de monómeros, reciben el nombre de copolímeros.
Ejemplo con 2 monómeros: Unidades repetitivas
Estas unidades repetitivas pueden distribuirse de distinta manera a lo largo de la
cadena de polímeros.
4. Según su Estructura:
a) Lineales: Son aquellos que, como su nombre lo dice, cuentan con una estructura lineal.
Ejemplos: Polietileno, poliestireno, kévlar.
b) Ramificados: Son aquellos que además de la cadena principal, presentan varias
de carácter secundario.
c) Entrecruzados:Cadenas lineales adyacentes unidas linealmente con enlaces covalentes. Ejemplo:
Caucho.
d) Reticulados:Con cadenas ramificadas entrelazadas en las tres direcciones del espacio.
Ejemplo: Epoxi.
5. Según su Comportamiento frente al Calor:
a) Termoplásticos:Después de ablandarse o fundirse por el calentamiento, recuperan sus
propiedades originales al enfriarse.
En general son polímeros lineales, con bajas Tf y solubles en disolventes
orgánicos.
Ejemplos: Derivados polietilénicos, poliamidas (o nailon), sedas artificiales, celofán,
etc.
b) Termoestables:Después del calentamiento se convierten en sólidos más rígidos que los polímeros
originales.
Este comportamiento se debe a que con el calor se forman nuevos
entrecruzamientos que provocan una mayor resistencia a la fusión.
Suelen ser insolubles en disolventes orgánicos y se descomponen a altas
temperaturas.
Ejemplos: Baquelita, ebonita, etc.
PROPIEDADES COMUNES DE LOS POLÍMEROS
A pesar de que los distintos plásticos presentan grandes diferencias en su
composición y estructura, hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y que
los distinguen de otros materiales. Un ejemplo de alguna de estas propiedades se
encuentra en la tabla.
Densidad, conductividad térmica y eléctrica de diferentes materiales.
MATERIAL DENSIDAD(g/cm3)
Cond. Term.(W/mK)
Cond. Elec.(S)
Plásticos 0.9 – 2.3 0.15 – 0.5 ---
PE 0.9 – 1.0 0.32 – 0.4 ---
PC 1.0 – 1.2 --- ---
PVC 1.2 – 1.4 --- 10-15
Acero 7.8 17.50 5.6
Aluminio 2.7 211 38.5
Aire --- 0.05 ---
PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS
1) Propiedades Térmicas de los Polímeros Temperatura de transición vítrea “Tv” ( “Tg”)
Al dejarse un balde u otro objeto de plástico a la interperie durante el invierno se
puede notar que se agrieta o rompe con mayor facilidad que durante el verano; este
fenómeno es conocido como Transición Vítrea. Esta transición es algo que solo ocurre
a los polímeros, lo cual es una de las cosas que los hacen diferentes. Hay una cierta
temperatura (distinta para cada polímero) llamada temperatura de transición vítrea, o
Tg. Cuando el polímero es enfriado por debajo de esta temperatura, se vuelve rígido y
quebradizo, igual que el vidrio. Algunos polímeros son empleados a temperaturas por
encima de sus temperaturas de transición vítrea y otros por debajo. Los plásticos
duros como el poliestireno y el polimetilmetacrilato, son usados por debajo de sus
temperaturas de transición vítrea; es decir, en su estado vítreo. Sus Tg están muy por
encima de la temperatura ambiente, ambas alrededor de los 100 °C.
Los cauchos elastómeros como el poliisopreno y el poliisobutileno, son usados por
encima de su Tg, es decir en su estado caucho donde son blandos y flexibles.
Este comportamiento puede ser entendido en término de materiales vítreos, los cuales
están formados típicamente por sustancias que contienen largas cadenas, retículo de
átomos unidos o aquellas que poseen una estructura molecular compleja.
Normalmente tales materiales tienen una alta viscosidad (resistencia interna a la
influencia existente entre dos capas de líquido, cuando hay un movimiento relativo de
una con respecto a la otra; esta resistencia es el resultado de la interacción de
moléculas líquidas en movimiento) en estado líquido. Cuando ocurre un enfriamiento
rápido a la temperatura en que se espera una mayor estabilidad del estado cristalino,
el movimiento es demasiado lento o la geometría demasiado delicada para adquirir
una conformación cristalina; por tanto la característica aleatoriamente arreglada del
líquido persiste por debajo de la temperatura, a la cual la viscosidad es tan alta, que el
material es considerado para ser sólido. El término vítreo se convierte en sinónimo de
persistencia del estado de desequilibrio. En efecto, una vía de acceso al estado de la
menor energía podría no estar habilitada.
Para ser más cuantitativa la caracterización del fenómeno de la transición líquido-
vítrea y la Tg, se nota que durante el enfriamiento de un material amorfo desde el
estado líquido, no ocurre un cambio abrupto en el volumen, tal y como sucede en el
caso de un material cristalino a través de su punto de enfriamiento “Te”; en lugar de
eso, a la temperatura de transición vítrea Tg, hay un cambio en la pendiente de la
curva de volumen específico vs. Temperatura, desplazándose desde un valor bajo en
el estado vítreo hasta uno más elevado en el estado elástico por encima del rango de
las temperaturas. Esta comparación, entre un material cristalino (1) y uno amorfo (2),
se muestra en la:
Figura 2.19. Note que las intersecciones de los dos segmentos de rectas de la curva 2
definen la cantidad de Tg.
Las mediciones del volumen específico mostradas aquí, hechas sobre el polímero
amorfo (2), son llevadas a cabo en un dilatómetro a bajo régimen de calentamiento. En
este aparato, la muestra es colocada en un bulbo de vidrio y se cubre con líquido,
generalmente mercurio, de forma tal que el líquido, además de cubrirla, la rebose
parcialmente y se abra paso a través de un estrecho tubo capilar de vidrio, el cual es
utilizado para que cualquier cambio relativamente pequeño que ocurra en el volumen
del polímero, causado por la variación de la temperatura, produzca cambios fácilmente
medibles en la altura del mercurio en el capilar.
Mientras que el método dilato métrico es el más preciso para determinar la
temperatura de transición vítrea, en cambio constituye un procedimiento experimental
tedioso; es por ello que frecuentemente estas mediciones se realizan empleando el
calorímetro diferencial de barrido (CDB o con las siglas en inglés: DSC). En este
instrumento, el flujo de calor, dentro y fuera de una pequeña muestra (de 10 a 20 mg)
es medido de manera tal que la muestra está subordinada a un cambio lineal
programado de la temperatura.
Existen otros métodos de medición, tales como la densidad, la constante dieléctrica, el
módulo de elasticidad y otros.
Se debe aclarar algo en este punto: la transición vítrea no es lo mismo que la fusión.
La fusión es una transición que se manifiesta en los polímeros cristalinos; ocurre
cuando las cadenas poliméricas abandonan sus estructuras cristalinas y se
transforman en un líquido desordenado. La transición vítrea es una transición que se
manifiesta en los polímeros amorfos; es decir, polímeros cuyas cadenas no están
dispuestas según un ordenamiento cristalino, sino que están esparcidas en cualquier
ordenamiento, aún en estado sólido.
Pero incluso los polímeros cristalinos tienen alguna porción amorfa. Esta porción
generalmente constituye el 40-70% de la muestra polimérica. Esto explica por qué una
misma muestra de un polímero puede tener tanto una temperatura de transición vítrea
como una temperatura de fusión. Pero lo más importante es saber que la porción
amorfa sólo experimentará la transición vítrea, y la porción cristalina sólo la fusión. La
temperatura exacta a la cual las cadenas poliméricas experimentan este gran cambio
en su movilidad, depende de la estructura del polímero.
El movimiento que permite que un polímero sea flexible, no es generalmente el
traslacional, sino uno conocido como movimiento segmental de rango largo. Si bien la
totalidad de la cadena polimérica puede parecer no desplazarse hacia ninguna
dirección, los segmentos de dicha cadena pueden en cambio, serpentear, balancearse
y rotar como un tirabuzón gigante. Cuando la temperatura cae por debajo de la Tg el
movimiento segmental de rango largo se termina. Cuando este movimiento se detiene,
ocurre la transición vítrea y el polímero cambia de un estado blando y flexible a otro
rígido y quebradizo.
Para medir los puntos de fusión y las Tg, además de los calores latentes de fusión y
los cambios de capacidad calorífica también se emplea la calorimetría diferencial de
barrido.
a) PECULIARIDADES DE LA TRANSICIÓN VÍTREA
A veces, un polímero tiene una Tg más alta de lo deseado; si es necesario reducirla
sólo se le agrega algo denominado plastificante (se trata de una pequeña molécula
que penetrará entre las cadenas poliméricas y las separará). Este proceso se conoce
como aumento del volumen libre. Cuando esto ocurre, las cadenas pueden deslizarse
entre sí con mayor facilidad y al deslizarse con mayor facilidad, podrán moverse a
temperaturas más bajas de lo que lo harían sin el plastificante. De esta forma, la Tg de
un polímero puede ser disminuida, con el objeto de hacerlo más flexible y más fácil de
manipular.
En la fig. 2.19 se exponen tres ejemplos de sustancias que se emplean como
plastificantes:
a) Transición Vítrea vs. Fusión
Es común imaginar a la transición vítrea como a un tipo de fusión del polímero, pero
no es la manera correcta. Hay muchas diferencias importantes entre la transición
vítrea y la fusión. Como se expuso con antelación, la fusión es algo que le ocurre a los
polímeros cristalinos, mientras que la transición vítrea ocurre sólo en los polímeros en
estado amorfo. Un dado, fabricado de polímero, a menudo tendrá dominios tanto
cristalinos como amorfos, de modo que la muestra exhibirá un punto de fusión y una
Tg, aunque las cadenas que funden no son las mismas que experimentan transición
vítrea.
Existe otra gran diferencia entre fusión y transición vítrea: cuando se calienta un
polímero cristalino a velocidad constante, la temperatura aumentará a velocidad
constante; la cantidad de calor requerida para incrementar en un grado Celsius la
temperatura de un gramo de polímero se denomina capacidad calorífica. No obstante,
la temperatura seguirá aumentando hasta que el polímero llegue a su punto de fusión.
Cuando esto sucede, la temperatura se mantendrá constante por un momento, aún
cuando se suministre más calor. Se mantendrá constante hasta que todo el polímero
se haya fundido completamente. Luego, la temperatura del polímero comenzará a
ascender nuevamente. El aumento se detiene porque la fusión requiere energía. Toda
la energía que se le agregue a un polímero cristalino en su punto de fusión, se utilizará
en la fusión y no en un aumento ulterior de la temperatura. Este calor se denomina
calor latente de fusión. (La palabra latente significa oculto). Una vez que el polímero
fundió, la temperatura comienza a ascender de nuevo, pero ahora lo hace a una
velocidad más lenta. El polímero fundido tiene mayor capacidad calorífica que el
polímero cristalino en estado sólido, de modo que puede absorber más calor con
incrementos de temperatura más pequeños.
Cuando un polímero cristalino funde, ocurren dos cosas: absorbe una cierta cantidad
de calor (el calor latente de fusión) y experimenta un cambio en su capacidad
calorífica. Cualquier cambio debido al calor, ya sea fusión o congelamiento, ebullición
o condensación, que involucre un cambio en la capacidad calorífica y un calor latente,
se denomina transición de primer orden.
Sin embargo, cuando se calienta un polímero amorfo hasta su Tg, sucede algo diferente: primero se calienta y la temperatura se eleva a una velocidad determinada por la capacidad calorífica del polímero, exactamente como se ha visto hasta ahora; pero cuando se alcanza la Tg ocurre algo interesante: la temperatura sigue aumentando, no se detiene, no hay calor latente de transición vítrea, la temperatura sigue incrementándose (por encima de la Tg ya no lo hace a la misma velocidad que por debajo). El polímero experimenta un incremento en su capacidad calorífica luego de alcanzar la transición vítrea. Debido a que la transición vítrea involucra un cambio en la capacidad calorífica pero no un calor latente, esta transición se denomina transición de segundo orden.
En los siguientes gráficos las curvas muestran la cantidad de calor suministrada al polímero en el eje y y la temperatura que debería obtenerse con una cantidad dada de calor en el eje x:
La curva de la izquierda muestra lo que ocurre cuando se calienta un polímero 100% cristalino. Puede verse que la misma es discontinua. ¿Se distingue la ruptura? Esa es la temperatura de fusión. En ese punto, se adiciona una gran cantidad de calor sin que provoque aumento alguno de la temperatura, ese es el calor latente de fusión. Como puede apreciarse la pendiente se hace mayor una vez que se sobrepasa la ruptura; está pendiente es equivalente a la capacidad calorífica, es decir que el aumento de la misma corresponde al aumento de capacidad calorífica por encima del punto de fusión.
En el gráfico de la derecha, que muestra lo que ocurre con un polímero 100% amorfo cuando es calentado, no se obtiene una ruptura. El único cambio que se ve en la temperatura de transición vítrea, es un incremento de la pendiente, lo que significa, obviamente, que se alcanza un aumento en la capacidad calorífica. Es posible observar un cambio en capacidad calorífica en la Tg, pero no una ruptura, como sí puede apreciarse en el caso de un polímero cristalino, por lo que se confirma lo expuesto anteriormente: no hay calor latente involucrado en una transición vítrea y esto no es más que la diferencia entre una transición de primer orden, como la fusión, y una de segundo orden, como la transición vítrea.
Hasta ahora se sabe que algunos polímeros tienen Tg altas, y otros Tg bajas. Todo depende de la facilidad con la que se muevan las cadenas. Una cadena polimérica que pueda movilizarse fácilmente, tendrá una Tg muy baja, mientras que en caso contrario tendrá una Tg alta. Cuanto más fácilmente pueda moverse un polímero,
menor calor habrá que suministrarle para que las cadenas empiecen a moverse para salir de un estado vítreo rígido y pasar a otro blando y flexible.
b) Tg y las Propiedades Mecánicas
Otra propiedad importante de los polímeros, que también depende fuertemente de sus
temperaturas, es su repuesta a la aplicación de una fuerza, como se indica en sus dos
tipos principales de comportamiento: elástico y plástico. Un material elástico retornará
a su estado inicial, una vez que haya sido retirada la fuerza que lo sacó del mismo,
mientras que un material plástico no lo recobraría. En los materiales plásticos la
fluencia es tan elevada, como en los líquidos altamente viscosos. La mayor parte de
los materiales evidencian una combinación de los comportamientos elástico y plástico,
exhibiendo el comportamiento plástico después que el límite elástico ha sido excedido.
El vidrio es uno de los pocos materiales completamente elásticos que existe, mientras
se encuentra por debajo de su Tg. Él permanecerá elástico hasta que alcance su
punto de ruptura. La Tg del vidrio ocurre entre los 510 y 560°C, esto significa que él
siempre será un sólido frágil a temperatura ambiente. En comparación: el cloruro
polivinílico (PVC) tiene una Tg = 83°C y es bueno, por ejemplo para la fabricación de
tuberías de agua fría, pero inadecuado para agua caliente. El PVC también será
siempre un sólido frágil a temperatura ambiente.
2) Propiedades Mecánicas de los Polímeros
Se habla mucho de polímeros "resistentes" (o "fuertes"), "tenaces" y hasta "dúctiles".
La resistencia, la ductilidad y la resiliencia y otras son propiedades mecánicas.
a) Resistencia
La resistencia es una propiedad mecánica que se puede relacionar acertadamente,
pero no se sabría con exactitud qué significa la palabra "resistencia" cuando se trata
de polímeros. En primer lugar, existen varios tipos de resistencia. Está la resistencia a
la tracción. Un polímero tiene resistencia a la tracción si soporta cargas axiales que
tienden a alargarlo.
La resistencia a la tracción es importante para un material que va a ser estirado o a
estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia a la tracción
Luego está la resistencia a la compresión. Un polímero tendrá resistencia a la
compresión si soporta cargas axiales que tienden a compactarlo.
El concreto es un ejemplo de material con buena resistencia a la compresión.
Cualquier cosa que deba soportar un peso encima, debe poseer buena resistencia a la
compresión. También está la resistencia a la flexión. Un polímero tiene resistencia a la
flexión si es capaz de soportar cargas que provoquen momentos flectores en su
sección transversal.
Existen otras clases de resistencia de las que se podría hablar. Un polímero tiene
resistencia a la torsión, si es resistente cuando en su sección transversal actúan
momentos torsores. También está la resistencia al impacto (tenacidad). Una muestra
tiene resistencia al impacto si es fuerte cuando se la golpea agudamente de repente,
como con un martillo.
Para definir lo que significa ser resistente se presentará el ejemplo de la resistencia a
la tracción: se toma la muestra y se trata de estirarla axialmente. Generalmente esta
operación se ejecuta en máquinas tipo prensa. Esta máquina simplemente sujeta cada
extremo de la muestra y luego procede a alargarla. Mientras dura el alargamiento de la
muestra, va midiendo la fuerza (P) que está ejerciendo. Cuando se conoce la fuerza
que se está ejerciendo sobre la muestra, se divide ese número por el área (F) de su
sección transversal; el resultado es la tensión que está experimentando la muestra:
P / F = Tensión (σ)
La tensión requerida para romper la muestra representa la resistencia a la rotura del
material a la tracción.
De igual forma ensayos similares pueden ser ejecutados para medir la resistencia a la
rotura por compresión y flexión. En todos los casos, la resistencia es la tensión
necesaria para romper la muestra.
En el Sistema Internacional de Unidades (SIU) las tensiones se expresan en mega
pascales (MPa): 1 MPa = 106 N/m2 = 1 N/mm2 = 100 N/cm2, aunque en algunos
casos se expresan en giga pascales (GPa): 1 GPa = 103 MPa. En el Sistema
Americano de Unidades, generalmente, las tensiones se expresan en kilo libras por
pulgadas cuadradas (Ksi): 1 Ksi ≈ 6,895 MPa. Otras veces, la tensión y la resistencia
se miden en las viejas unidades del Sistema Inglés: libras por pulgada cuadrada (psi);
para convertir psi en MPa, el factor de conversión es 1 MPa ≈ 145 psi.
b) Elongación
Mas, las propiedades mecánicas de un polímero no se remiten exclusivamente a
conocer cuán resistente es; la resistencia indica cuánta tensión se necesita para
romper algo, sin embargo no dice nada de lo que ocurre con la muestra mientras se
trata de romper; ahí es donde corresponde estudiar el comportamiento de elongación
de la muestra polimérica. La elongación es un tipo de deformación, que simplemente
expresa el cambio en la forma que experimenta cualquier material bajo tensión.
Cuando se habla de tensión, la muestra se deforma por alargamiento. Esto
precisamente es la elongación.
Por lo general, se habla de porcentaje de elongación, que es el largo de la muestra
después del alargamiento (L), dividido por el largo original (L0), y multiplicado por 100.
L/ L0 x 100 % = Elongación
Existen muchos fenómenos vinculados a la elongación, que dependen del tipo de
material que se está estudiando; dos mediciones importantes son la elongación final y
la elongación elástica.
La elongación final es crucial para todo tipo de material, representa cuánto puede ser
alargada una muestra antes de que se rompa. La elongación elástica es el porcentaje
de elongación al que se puede llegar, sin una deformación permanente de la muestra;
es decir, cuánto puede estirarse, logrando que ésta vuelva a su longitud original luego
de suspender la tensión. Esto es importante si el material es un elastómero. Los
elastómeros tienen que ser capaces de estirarse bastante y luego recuperar su
longitud original. La mayoría de ellos pueden estirarse entre el 500% y el 1000% y
volver a su longitud original sin inconvenientes.
c) Módulo
Los elastómeros deben exhibir una alta elongación elástica, pero para algunos otros
tipos de materiales, como los plásticos, por lo general es mejor que no se estiren o
deformen tan fácilmente. Si se quiere conocer cuánto un material resiste la
deformación, se mide algo llamado módulo. Para medir el módulo de tracción, se hace
lo mismo que para medir la resistencia y la elongación final; esta vez se mide la
resistencia ejercida sobre el material, tal como se procede con la resistencia a la
tracción, incrementándose lentamente la tensión y midiendo la elongación que
experimenta la muestra en cada nivel de tensión, hasta que finalmente se rompe.
Luego, se grafica la tensión versus elongación, de este modo:
En el gráfico, la altura de la curva cuando la muestra se rompe, representa la
resistencia a la tracción y la pendiente representa el módulo de tracción. Si la
pendiente es pronunciada, la muestra tiene un alto módulo de tracción, lo cual significa
que es resistente a la deformación, si es suave, la muestra posee bajo módulo de
tracción y por tanto puede ser deformada con facilidad.
Hay ocasiones en que la curva tensión-elongación no es una recta, como en el gráfico anterior, algunos polímeros, especialmente plásticos flexibles, se obtienen otros tipos de dependencia, como ésta:
A medida que la tensión se incrementa, la pendiente, es decir el módulo, no es
constante, sino que va experimentando cambios con la tensión. En casos como éste,
generalmente se toma como módulo la pendiente inicial, como puede verse en la
curva de arriba. En general, las fibras poseen los módulos de tracción más altos, y los
elastómeros los más bajos, mientras que los plásticos exhiben módulos intermedios.
El módulo se mide calculando la tensión y dividiéndola por la elongación. Pero dado
que la elongación es adimensional, no tiene unidades por cual dividirlas. Por lo tanto el
módulo es expresado en las mismas unidades que la resistencia, es decir, en MPa.
d) Tenacidad
El gráfico de tensión versus alargamiento puede darnos otra valiosa información. Si se
mide el área bajo la curva tensión-alargamiento, coloreada de rojo en la figura de
abajo, el número que se obtiene es algo llamado tenacidad.
La tenacidad es en realidad, una medida de la energía que una muestra puede
absorber antes de que se rompa. Si la altura del triángulo del gráfico es la resistencia y
la base de ese triángulo es el alargamiento, entonces el área es proporcional a
resistencia por alargamiento. Dado que la resistencia es proporcional a la fuerza
necesaria para romper la muestra y el alargamiento es
Medido en unidades de distancia (la distancia a que la muestra es alargada), entonces
la resistencia a la tracción es proporcional a la fuerza por la distancia y según la Física:
fuerza por distancia es energía:
Resistencia x Deformación ≈ Fuerza x Distancia = Energía.
Desde el punto de vista físico la resistencia plantea cuánta fuerza es necesaria para
romper una muestra, mientras que la tenacidad plantea cuánta energía hace falta para
romperla, aunque en realidad, ambas no reflejan las diferencias desde el punto de
vista práctico.
Lo importante es saber que justamente, dado que un material es resistente, no
necesariamente tiene que ser tenaz. Esta situación se ilustra mejor gráficamente (Fig.
2.25):
La curva en azul (1) representa la relación tensión-elongación de una muestra que es
resistente, pero no tenaz. Como puede verse, debe emplearse mucha fuerza para
romperla, pero no mucha energía, debido a que el área bajo la curva es pequeña.
Asimismo, esta muestra no se estirará demasiado antes de romperse. Los materiales
de este tipo, que son resistentes, pero no se deforman demasiado antes de la ruptura,
se denominan frágiles.
Por otra parte, la curva en rojo (2) representa la relación tensión-elongación para una
muestra que es tenaz y resistente. Este material no es tan resistente como el de la
curva en azul (1), pero su área bajo la curva es mucho mayor, por lo tanto puede
absorber mucha más energía.
La deformación permite que la muestra pueda disipar energía. Si una muestra no
puede deformarse, la energía no será disipada y por lo tanto se romperá.
En la vida real, generalmente se desean materiales que sean tenaces y resistentes.
Idealmente sería genial tener un material que no se doblara ni rompiera, pero eso es
prácticamente imposible. Deben hacerse concesiones en dependencia de las
necesidades para cumplir cada asignación de servicio, inclusive de un mismo material.
Al observar las curvas de la fig. 2.25. Detenidamente: la muestra (1) tiene mucho
mayor módulo que la muestra (2). Si bien es deseable que para muchas aplicaciones
los materiales posean elevados módulos y resistencia a la deformación, en el mundo
real es mucho mejor que un material pueda doblarse antes que romperse y si el hecho
de flexionarse, alargarse o deformarse de algún modo impide que el material se
rompa, tanto mejor. De modo que cuando se diseñan nuevos polímeros o nuevos
compositos, frecuentemente se sacrifica un poco de resistencia con el objeto de
conferirle al material mayor tenacidad.
e) Propiedades Mecánicas de los Polímeros Reales
Hasta el momento se ha estado tratando el comportamiento mecánico de los
polímeros de forma abstracta, de modo que ahora sería una buena idea exponer cómo
se manifiesta este comportamiento en los polímeros reales, es decir, cuáles de ellos
polímeros son resistentes, cuáles tenaces y así sucesivamente.
Por esa razón en el gráfico de la fig. 2.26 se comparan las curvas típicas tensión-
alargamiento para diferentes clases de polímeros. Puede verse en la curva (1), que
plásticos rígidos como el poliestireno, el polimetilmetacrilato o los policarbonatos
pueden soportar una gran tensión, pero no demasiada elongación antes de su ruptura;
no hay casi área bajo la curva. Entonces se dice que estos materiales son resistentes,
pero no muy tenaces. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que
significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico rígido;
de modo que resulta sencillo comprobar que los plásticos rígidos tienen módulos
elevados. Resumiendo, los plásticos rígidos tienden a ser resistentes, soportan la
deformación, pero no suelen ser tenaces, son frágiles.
Los plásticos flexibles (3), como el polietileno y el polipropileno difieren de los plásticos
rígidos en el sentido que no soportan tan bien la deformación, pero tampoco tienden a
la ruptura. El módulo inicial es elevado, o sea que resisten por un tiempo la
deformación, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico flexible, finalmente
se deformará, es decir, los plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los
rígidos, pero son mucho más tenaces.
Es posible alterar el comportamiento tensión-alargamiento de un plástico con la
adición de plastificantes. Por ejemplo, sin plastificantes, el policloruro de vinilo, o PVC,
es un plástico rígido, que se emplea en la fabricación de tuberías de agua. Pero con
plastificantes, el PVC puede ser lo suficientemente flexible como para fabricar juguetes
inflables para piletas de natación.
Las fibras como el KevlarTM, la fibra de carbono y el nylon tienden a exhibir curvas
tensión alargamiento como la curva (2). Al igual que los plásticos rígidos, son más
resistentes que duras, y no se deforman demasiado bajo tensión. Pero cuando es
resistencia lo que se requiere, las fibras tienen mucho que ofrecer. Son mucho más
resistentes que los plásticos, aún los rígidos, y algunas fibras poliméricas como el
KevlarTM, la fibra de carbono y el polietileno de peso molecular ultra-alto poseen
mejor resistencia a la tracción que el acero.
Los elastómeros (4) como el poliisopreno, el poli butadieno y el poliisobutileno
muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros tipos
de materiales; los elastómeros tienen módulos muy bajos. Para que un polímero sea
un elastómero, le hace falta algo más que tener módulo bajo; el hecho de ser
fácilmente estirado no le da demasiada utilidad, a menos que el material pueda volver
a su tamaño y forma original una vez que el estiramiento ha terminado. Las banditas
de goma no servirían de nada si sólo se estiraran y no recobraran su forma original.
Obviamente, los elastómeros recobran su forma y eso los hace tan sorprendentes; no
poseen sólo una elevada elongación, sino una alta elongación reversible.
Propiedades eléctricas
Los polímeros industriales se consideran que en general se comportan como malos
conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente como materiales aislantes
en la industria eléctrica y electrónica.
Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron a las porcelanas y el vidrio en el
aparellaje de baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los
PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la
actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 kV (cables secos, sin aceite),
y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos (ordenadores, estufas,
secadores, batidoras...) se construyen en termoplásticos con muy buenas propiedades
mecánicas, eléctricas, con gran duración y resistencia al medio ambiente, como son,
por ejemplo, las resinas ABS.
Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado
antiestático que permiten, en la superficie del polímero, una conducción parcial de
cargas eléctricas. Los polímeros más susceptibles de acumulación de carga son los
nylons, acrílicos... Los agentes antiestáticos, llamados desestatizadores, se utilizan
para reducir la acumulación de cargas electrostáticas en la superficie de los plásticos
debido a su inherente mala conductividad eléctrica. Atraen la humedad para aumentar
la conductividad superficial y así se reduce la posibilidad de que se produzca una
chispa o descarga. Los agentes antiestáticos más comunes son compuestos
cuaternarios de amonio, ésteres fosfóricos y ésteres de polietilenglicol.
Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas
aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas
con la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin
problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los 200 °C), como por
ejemplo: polímeros de poliuretano.
Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas
principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o
menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del
material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete
mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y
frecuencia. Seguidamente se analizan las características eléctricas de estos
materiales.
Los polímeros conductores han sido recientemente (1974) desarrollados y sus
aplicaciones están siendo estudiadas. Los plásticos conductores tienen un gran futuro
en la tecnología de la información.
Resistencia y rigidez dieléctrica
Resistencia eléctrica
Los polímeros industriales siguen la ley de Ohm hasta valores muy altos de campo
eléctrico
J = σ·E
Donde J = Densidad de corriente (A/m²), σ = Conductividad eléctrica (1/(Ω·m)) y E =
Intensidad de campo eléctrico (V/m). La resistividad eléctrica ρ es la inversa de la
conductividad eléctrica y suele estar comprendida entre 10e8 y 10e20 Ω·m. La baja
conductividad eléctrica de los polímeros es debida a la emigración de iones extraños
ocluidos en su masa (restos de monómeros o de catalizadores), que se desplazan
movidos por el efecto del campo eléctrico. Realmente no existe un flujo libre de
electrones, como ocurre en los metales. La movilidad de los iones en la masa del
polímero es mayor cuando aumenta la temperatura, pudiéndose expresar el aumento
de conductividad eléctrica con la temperatura mediante:
Log σ = a - b/T
Donde a y b son constantes.
En campos alternos la conductividad eléctrica tiene exactamente el mismo valor que
en campos continuos, hasta valores muy altos de la frecuencia.
Independientemente de la resistencia que ofrecen los polímeros al paso de la corriente
eléctrica a su través, es importante considerar su comportamiento al paso de la
corriente por su superficie.
Presencia de iones extraños dentro del material:
La presencia de iones extraños, incluso de humedad, puede hacer conductora la
superficie de forma que el paso de la corriente eléctrica se produce principalmente por
ella. Este fenómeno puede caracterizarse mediante una cierta resistencia (resistividad
superficial se le denomina para diferenciarla de la resistividad específica o
volumétrica), mediante ohmios. Este puede manifestarse con la aparición de cargas
estáticas. Para evitar este inconveniente, en la fabricación del polímero se añaden
aditivos antiestáticos (agentes ionizables) que pueden emigrar desde la masa del
polímero a su superficie, proporcionando, con la ayuda de la humedad atmosférica,
una cierta conductividad superficial que elimina la presencia de las cargas estáticas.
Ejemplo: las películas que se adhieren fuertemente entre sí, dificultando su
manipulación. Solución: en la fabricación del polímero se añaden aditivos antiestáticos
(agentes ionizables) que pueden emigrar desde la masa del polímero a su superficie,
proporcionando, con la ayuda de la humedad atmosférica, una cierta conductividad
superficial que elimina la presencia de las cargas estáticas.
Polímeros semiconductores:
Debido a su baja conductividad eléctrica los plásticos se han utilizado tradicionalmente
como aislantes en la industria eléctrica y en la electrónica. Sin embargo, en la
actualidad se están desarrollando nuevos polímeros semiconductores, cuya particular
estructura molecular les proporciona una gran movilidad electrónica. Estos plásticos
están constituidos, fundamentalmente, por cadenas de átomos de carbono con dobles
enlaces conjugados que entran en resonancia, solapándose sus orbitales a lo largo de
la cadena macromolecular (como ocurre en los anillos bencénicos); de esta forma se
originan anchas bandas de energía, en lugar de en los orbitales específicos con
niveles discretos de energía en los que quedan fijados los electrones de los polímeros
aislantes. La presencia de determinadas impurezas (dopantes) altera la distribución
electrónica, vaciando parcialmente las bandas energéticas con lo que se potencia
considerablemente la conductividad del material.
Así resulta que algunos polímeros lineales derivados del poli acetileno
(-C=C=C=C=C=C-) y otros, cuyas cadenas principales son totalmente aromáticas
(como el poli parafenileno y la poli anilina), resultan casi tan buenos conductores como
algunos metales a la temperatura ambiente.
Limitación: en aplicaciones industriales (en baterías y circuitos impresos, por ejemplo)
debido a que los unos se oxidan muy fácilmente y no pueden estar en contacto con
soluciones acuosas, mientras que los otros son excesivamente rígidos y frágiles y, por
ser infusibles e insolubles, no se pueden procesar mediante las técnicas
convencionales de transformación. Tan pronto se superen estas dificultades, se
espera encuentren una aplicación mucho más extensa en esta y otras industrias.
Rigidez dieléctrica
Se entiende por rigidez dieléctrica el valor límite de la intensidad del campo eléctrico
en el cual un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor. También
podemos definirla como la máxima tensión que puede soportar un aislante sin
perforarse.
Se realiza en motores eléctricos después de ser bobinados. La tensión del ensayo es
de = 1000 + 2 Tensión nominal. La rigidez dieléctrica, expresada en kV/cm, designa
los resultados de un ensayo realizado según un procedimiento normalizado, en el que
se provoca la perforación de un espesor del dieléctrico con una cierta diferencia de
potencial producida por la intensidad de campo eléctrico en unas determinadas
condiciones (humedad, temperatura, forma de los electrodos, espesor del material,
etc). Un dieléctrico es una sustancia que es mala conductora de la electricidad y que
amortiguará la fuerza de un campo eléctrico que la atraviese, como podría ser un
polímero.
Evidentemente la capacidad de adsorción de agua que presentan los polímeros con
grupos polares en sus macromoléculas, influyen notablemente en su resistividad y en
su rigidez dieléctrica. Este efecto también tiene importancia a altos valores del campo
eléctrico en la superficie.
La rigidez de fuga define la resistencia del material a acciones destructivas de las
corrientes superficiales, de la misma forma que la rigidez dieléctrica lo hace para las
que se producen a su través.
Resinas ureicas que son parecidas a la baquelita tienen una alta rigidez de fuga, lo
mismo ocurre con las resinas de melanina, las resinas de poliéster.
Constante dieléctrica y factor de pérdida
La influencia de un dieléctrico particular sobra la capacidad eléctrica de un
condensador viene determinada por la constante dieléctrica y se define como la
relación entre la capacidad de un condensador, empleando este material como
dieléctrico y la capacidad del mismo condensador sin dieléctrico, es decir, en vacío (o,
para todos los efectos prácticos, en el aire).
El efecto de la polarización depende de la estructura de las moléculas. Las pequeñas y
simétricas se polarizan, desplazándose al centro de gravedad de los electrones con
respecto a los núcleos atómicos (polarización electrónica). Si las moléculas son
asimétricas (polares), el centro de gravedad de sus cargas eléctricas no coincide,
aunque no exista campo eléctrico. El efecto de la polarización, en este caso, consiste
en un giro de las moléculas que se orientan en la dirección del campo eléctrico
(polarización de orientación o bipolar). Existe un tercer tipo de polarización:
polarización iónica, inexistente en la mayoría de los polímeros.
Existe una diferencia fundamental entre ambos tipos de polarización: la primera es
instantánea, por implicar el desplazamiento de electrones; la segunda requiere tiempo,
puesto que la molécula entera debe girar desplazándose con respecto a las que le
rodean. Si el campo eléctrico es alterno, la polarización bipolar se produce con un
retraso de fase δ, denominado ángulo de pérdida, y si la frecuencia de cambio de
dirección del campo eléctrico es muy grande el efecto de la polarización disminuye. El
desfase entre la tensión aplicada y la intensidad de corriente en un dieléctrico real
será: Ф = 90 - δ.
Se denomina factor de disipación a tg δ, factor de potencia a cos Ф = Sen δ y factor de
pérdida al producto de la constante dieléctrica por el factor de disipación ε · tg δ.
La variación de la constante dieléctrica (ε) y del factor de pérdida (ε·tgδ) con la
frecuencia, para un material bipolar constituido por moléculas pequeñas (metanol por
ejemplo), siendo característica la presencia de un "pico" en el diagrama del factor de
pérdida.
El efecto de la temperatura es importante por disminuir la viscosidad interna del
material, con lo que se facilita el movimiento de los dipolos cuando esta aumenta.
En el caso de los materiales poliméricos apolares (como PE y PTFE) la polarización
es, exclusivamente, electrónica y, dado que es instantánea, la constante dieléctrica ε
varía muy poco con la frecuencia; el factor de disipación ε·tgδ es bajo y no aparecen
picos de pérdida. En consecuencia los polímeros apolares resultan adecuados para su
uso en dispositivos y elementos electrónicos de alta frecuencia. En polímeros polares
Efecto del plastificante en el PVC
(como PVC y PVA) el factor de disipación es, generalmente, más elevado que en los
apolares y suelen aparecer picos de pérdida a determinadas frecuencias, que pueden
correlacionarse con las temperaturas de transición vítrea Tg y de fusión Tm.
El comportamiento de los polímeros
polares es muy diferente según los
grupos polares estén situados en las
cadenas principales de las
macromoléculas (como en los
policarbonatos, poliésteres saturados
PET y PVC, por ejemplo) o en las
cadenas laterales (como el PVA y los
poli acrilatos). En el primer caso, la
movilidad de estos grupos
está condicionada a la propia cadena,
por la que el efecto de la polarización es mucho menos acusado por debajo de la
temperatura de transición vítrea, que por encima de ella.
El PVC es buen aislante a bajas frecuencias, pero en campos eléctricos de alta
frecuencia se calienta en exceso y puede alcanzar fácilmente la temperatura de
reblandecimiento.
Puede observarse en la figura como el polietilentereftalato (PET, poliéster saturado),
que tiene un amplio margen entre la temperatura de transición (70ºC) y la de fusión
(255ºC), reblandeciéndose notablemente a partir de los 200ºC, presentan un pico del
factor de potencia a una temperatura intermedia. La temperatura a la que se produce
este pico y el factor de pérdida correspondiente aumenta con la frecuencia.
La presencia de plastificante, que reducen la temperatura de transición vítrea, tendrá
como consecuencia un aumento en la polarización, y, por lo tanto, del valor de la
constante dieléctrica ε.
En el segundo caso, de moléculas
poliméricas en las que los dipolos no están
en las cadenas principales, su orientación
Factor de potencia para diversos polímeros.
Efecto del plastificante en el PVC
resulta mucho más fácil, incluso a temperaturas inferiores a la de la transición vítrea y,
por lo tanto, no se producirá esa variación brusca en los valores de la constante
dieléctrica y del factor de potencia que se pone de manifiesto para los que tienen los
grupos polares en la cadena principal. En consecuencia no se utilizan como aislantes.
Finalmente, se debe tener en cuenta que la capacidad de absorcion de humedad de
algunos polímeros (como poliamidas, por ejemplo) influye en sus propiedades
eléctricas por diversos motivos:
La mayor conductividad eléctrica del agua origina una disminución en la resistividad
del material.
La acusada polaridad del agua y su pequeño tamaño molecular eleva notablemente
los valores de la constante dieléctrica y de la pérdida en el conjunto.
El agua puede actuar como plastificante, aumentando la movilidad de las cadenas
moleculares de algunos polímeros, por lo que se incrementa el valor del factor de
pérdida propio del material.
Distribución de Pesos Moleculares (DPM)
La distribución de pesos moleculares (DPM), es una medida de la proporción en
número (o en peso) de moléculas de diferentes pesos moleculares que componen una
muestra de resina polimérica. En otras palabras, la DPM indica la variación en el
tamaño de las cadenas moleculares. Si las moléculas presentan longitudes de cadena
diferentes, la distribución es amplia. En el caso de longitudes de cadena similares, la
distribución es estrecha. Este último caso es típico del polipropileno obtenido vía
reología controlada.
El peso molecular del polímero puede ser calculado por definición de acuerdo a: PM
(polímero) = GP * PM (unidad polimérica).
Donde GP: grado de polimerización, es el número de veces que se repite la unidad
monómerica en una cadena.
Ej: Calcular el PM del polipropileno con un grado de polimerización de 3x104
La estructura repetitiva, del polipropileno es el propileno con tres átomos de carbono y
seis de hidrógeno cuyo PM = (3 x 12 + 6 x 1) = 42.
Entonces el PM (polímero) = 3 x 104 x 42 = 1, 26 x 106
Índice de Fluidez (IF)
El índice de fluidez (IF) es una medida de la capacidad de flujo de la resina bajo
condiciones controladas y se puede medir fácilmente con un equipo denominado
plastómetro, utilizando velocidades de deformación muy bajas, una temperatura de
230 °C y un peso de 2.16 Kg, de acuerdo a la Norma ASTM D 1238. Esta variable se
relaciona inversamente con la viscosidad y el peso molecular (PM), es decir, a medida
que aumenta el índice de fluidez de la resina, se obtiene una disminución en la
viscosidad y el peso molecular.
Propiedades Físicas
Densidad (ρ)
La densidad es la medida de peso por unidad de volumen de un material a 23 °C.
Propiedades Mecánicas
Por otro lado están las propiedades mecánicas, dentro de las cuales se tienen: la
tensión que indica la resistencia del material y al realizar dicho ensayo se obtienen los
siguientes parámetros: módulo elástico, elongación, resistencia a la fluencia y la
resistencia a la ruptura; la flexión que también involucra la resistencia del material para
determinar el módulo de flexión y la resistencia a la flexión; la dureza que es la
resistencia que opone un material a ser penetrado o rayado.
Los materiales poliméricos presentan 3 tipos distintos de comportamiento esfuerzo-
deformación: frágil, dúctil y totalmente elástico. En los polímeros, el módulo de
elasticidad, resistencia a la tracción y ductilidad se determina de la misma forma que
en las aleaciones metálicas.
Propiedades Térmicas
En el área de las propiedades térmicas se pueden mencionar: la cristalinidad que se
refiere al ordenamiento de las cadenas del polímero que contrario a lo que se piensa le
imparte a la resina opacidad debido a que las moléculas presentan mayor
empaquetamiento y por lo tanto impiden el paso de la luz por medio de ellas, es decir,
que entre más cristalino sea un polímero menos transparencia. La cristalinidad le
imparte al material alta rigidez y temperaturas de fusión elevadas, entre otras
propiedades.
Propiedades Químicas
Finalmente se encuentran las propiedades químicas, dentro de las cuales cabe
destacar la resistencia química de los polímeros, ya que la misma determina si es
compatible o no con otros elementos.
Cristalinidad polimérica:
Ordenamiento (empaquetamiento) de cadenas moleculares para producir una
disposición atómica ordenada.
Substancias moleculares constituidas por pequeñas moléculas son cristalinas al
estado sólido y amorfas al estado líquido (agua, metano, etc.)
Moléculas poliméricas, por su tamaño y complejidad, son generalmente semicristalinas
con regiones cristalinas dispersas dentro de un material amorfo.
http://www.monografias.com/trabajos93/sobre-los-polimeros/sobre-los-polimeros.shtml#ixzz3cCbcp5fB
http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/propiedades-electricas.html
http://es.slideshare.net/jctotre/propiedades-elctricas-polimeros
http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero#Propiedades_el.C3.A9ctricas
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