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Conformado de polímeros TEMA 7

Polimeros

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Resumen Polímeros y produccion

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  • Conformado de polmeros

    TEMA 7

  • 7.1 Tipos y componentes de los plsticos7.2 Moldeo por compresin7.3 Moldeo por transferencia7.4 Extrusin7.5 Soplado y moldeo rotacional7.6 Moldeo por inyeccin7.7 Termoformado7.8 Calandrado7.9 Conformado de composites de matriz plstica7.10 Influencia del procesado sobre las propiedades

    finales de los productos plsticos

    NDICE

    Conformado de polmeros

  • 7.1 Tipos y componentes de los plsticos

    FAMILIAS DE PLSTICOS

    Termoplsticos

    Conformado de polmeros

    ElastmerosTermoestables

    Producto plstico: repeticin de la estructura molecular tpica de cadapolmero concreto

    ColorantesEstabilizadorescargasRefuerzosAgentes espumantes

    +

  • 7.2 Moldeo por compresin

    Conformado de polmeros

    Proceso ms antiguoTermoestables y elstomeros

    Calor y presin

    Figura 8.1 Moldeo por compresin

    Funcionamiento automtico:(precalentamiento...extraccin dela pieza conformada)

    Tiempos entre 40s y 5minutos

    Problemas: en el curso de las reacciones de polimerizacin demuchos termoestables, se generan gases como subproductos quepueden quedar atrapados en el interior de la pieza y generar huecosinternos.

  • 7.3 Moldeo por transferencia

    Conformado de polmeros

    Termoestables y elstomerosReduce tiempos de ciclos defabricacin con respecto almoldeo por compresin (ciclosentre 30s y 3minutos)

    El material plstico se cargadesde una unidad adicional

    Permite fabricar simultneamente varias piezas coste unitario dela pieza es menor, aunque conlleva una mayor prdida de material

    Piezas de paredes ms finas yformas ms complejas

    Peor control dimensional de lapieza

  • 7.4 Extrusin

    Conformado de polmeros

    Termoplsticos y espumas plsticasMtodo ms utilizado para conformar materiales plsticosPiezas largas de seccin transversal constante

    Precalentamiento

    Consistencia lquida

    Presin necesaria

  • 7.5 Soplado y moldeo rotacional

    Conformado de polmeros

    Piezas huecas sin costurasSoplado piezas pequeas

    Aspecto principal a controlar: la uniformidad del espesor del producto

    Muy alta productividadTermoplsticos

  • 7.5 Soplado y moldeo rotacional

    Conformado de polmeros

    Piezas huecas sin costurasMoldeo rotacional piezas grandes

    Utiliza la fuerza centrfugagenerada en un moldegiratorio para conformarla masa plstica

    Termoplsticos

  • 7.6 Moldeo por inyeccin

    Conformado de polmeros

    Junto con la extrusin es el otro gran proceso de conformado masivode productos plsticos

    Objetos tridimensionales de formas complejasTermoplsticos, termoestables y elastmeros (RIM)

    Figura 8.7 a) Mquina de moldeo por inyeccin

  • 7.6 Moldeo por inyeccin

    Conformado de polmeros

    Figura 8.3 b) Ciclo tpico de moldeo

  • Conformado de polmeros

    Termoestables y elastmerosRIM: Reaction Injection Molding = Moldeo por inyeccin activa

    Tiempo tpico de ciclo:dos minutos

    7.6 Moldeo por inyeccin

  • Conformado de polmeros

    Termoplsticos

    7.7 Termoformado

    Permite lasproductividadesms altas y losmenores costesunitarios

    Se utiliza para darforma a lminas,normalmenteobtenidasmedianteextrusin previa

  • Conformado de polmeros

    Termoplsticos

    7.7 Termoformado

    Permite lasproductividadesms altas y losmenores costesunitarios

    Se utiliza para darforma a lminas,normalmenteobtenidasmedianteextrusin previa

    Piezas pequeasmoldes mltiples (bandejas)

  • Conformado de polmeros

    Fabricacin de lminas

    7.8 Calandrado

  • Conformado de polmeros

    Fabricacin de lminas

    7.8 Calandrado

  • Conformado de polmeros

    Composites de matriz plstica: productos que constan de una fasematriz termoplstica o termoestable reforzada a base de partculas y/oprincipalmente fibras (de vidrio, carbono, kevlar)

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS MANUALES

    Moldeo a mano

    Proceso de conformadolentoMucha mano de obraSeries cortas de grandes

    partes estructurales: cascos deembarcaciones grandes depsitos

    Utiliza principalmentematrices termoestables(resinas de poliester y epoxi)

    Agente antiadherente

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS MANUALES

    Moldeo con pistolas a presin(peores propiedades que el

    moldeo a mano)

    Fibras cortas(

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS AUTOMATIZADOSGrandes series de piezas

    SMC (Sheet Molding Compound) BMC (Bulk Molding Compound)

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS AUTOMATIZADOS Moldeo portransferencia de

    resina

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS AUTOMATIZADOS

    Inyeccin mismo procedimiento que enconformado de polmeros, sin ms que inyectar laresina plstica junto con las fibras cortas o laspartculas de refuerzo

  • Conformado de polmeros7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS AUTOMATIZADOS

    Pultrusin

    Piezas largas deseccin transversalconstante: perfiles,redondos, tubos

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    PROCEDIMIENTOS AUTOMATIZADOS

    Bobinado de filamentos

    Productos huecos:tubos, depsitos

  • Conformado de polmeros7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    Tabla 8.1 Idoneidad de los procesos de fabricacin de plsticos ante distintasconsideraciones

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

    VL very lowL lowM middleH highVH very high

  • Conformado de polmeros

    7.9 Conformado de composites de matriz plstica

  • Conformado de polmeros

    7.10 Influencia del procesado sobre las propiedades finales de losproductos plsticos

    Procesado dematerialesplsticos

    Conformar productos

    Altera las caractersticas y propiedades de lospropios materiales: origina heterogeneidades,anisotropa, tensiones residuales, y defectos enlos productos finales

    procesos de transferencia de calory los de flujo plstico del material

    Origen

  • Conformado de polmeros

    7.10 Influencia del procesado sobre las propiedades finales de losproductos plsticos

    Temperatura del fundido

    Parmetros a controlar en losprocesos de moldeo

    Temperatura del molde

    Controla la viscosidaddel producto y por

    tanto su facilidad pararellenar el molde

    AltaBaja

    Aumenta la productividad(menor tiempo de ciclo) perodificulta su llenado

    Puede inducir unsobrecurado en elcaso de productostermoestables

  • Conformado de polmeros

    7.10 Influencia del procesado sobre las propiedades finales de losproductos plsticos

    A tener en cuenta:

    Los polmeros son materiales con alto coeficiente de expansintrmica importantes contracciones en su enfriamiento desde la

    temperatura de fundido hasta la temperatura ambiente

    Polmeros amorfos contracciones de volumen ~6%

    Polmeros cristalinos contracciones de volumen ~ 12%

    Esta contraccin ha de tenerse en cuenta a la hora de disear losmoldes y adems debe controlarse el llenado de los mismos para

    evitar la creacin de huecos internos(similares a los de la solidificacin de los metales)

  • Conformado de polmeros

    7.10 Influencia del procesado sobre las propiedades finales de losproductos plsticos

    Contraccin dimensional + baja conductividad trmica aparicin de tensiones residuales, distorsiones o incluso

    agrietamientos si el enfriamiento es demasiado rpido

    Otro fenmeno comn :

    creacin de una orientacin preferente anisotropa

  • VIDEOSEXTRUSION POR SOPLADO DE PELICULAShttp://www.youtube.com/watch?v=gM93LsEDtv4INYECCION DE BOTELLAS DE PEThttp://www.youtube.com/watch?v=lGxfag0SPywTERMOFORMADOhttp://www.youtube.com/watch?v=UJgS0FX9hBIEXTRUSION SOPLO DE ENVASEShttp://www.youtube.com/watch?v=eiwlPyX1QhYINYECCION SOPLO DE ENVASES DE HDPE Y DE PEThttp://www.youtube.com/watch?v=3WDsDFMGJXIhttp://www.youtube.com/watch?v=_9wqIvqxTZY

  • Polmeros

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Polmeros

    ING. GAUDY CAROLINA PRADA BOTIADocente Catedrtico

    rea POLIMEROSDepartamento de Diseo Mecnico- U.F.P.S.

  • POLIMEROSIntroduccin y clasificacin

    Estructura y propiedades

    Polimerizacin por crecimiento en etapas

    Polimerizacin por crecimiento de la cadena

    Anlisis

    Descripcin y utilizacin

    Curado de resinas

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Introduccin y clasificacin

    Qumica de polmeros

    Qu es un polmero?

    Tipos de polmeros

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • - Qumica Orgnica - Qumica de los compuestosdel carbono - Qumica del enlace covalente

    - Los polmeros - Son molculas de gran tamaoformadas por la unin de compuestos orgnicos

    (monmeros) mediante enlaces covalentes.

    - De todas las especialidades de la QumicaOrgnica, la principal es la Qumica de polmeros.Tanto por el nmero de Qumicos Orgnicos que ladesarrollan en el mundo como por ser la que exige

    una formacin ms especfica en Qumica Orgnica.

    Qumica de Polmeros:Una especialidad de la Qumica Orgnica

  • - Al principio intentaron obtener compuestossimilares a las macromolculas de los organismosvivos generando enlaces anlogos entre molculas.

    Por ejemplo si las protenas contienen unionesamida entre aminocidos, obtuvieron nylon

    (sustitutos de la seda) con cidos y aminas sintticas

    - Hasta finales del siglo pasado los QumicosOrgnicos consideraban que las substancias de alto

    peso molecular que a veces aparecan en susexperimentos eran simplemente el resultado de

    reacciones fallidas.

    Qumica de Polmeros:Una especialidad de la Qumica Orgnica

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • -Desde la segunda guerra mundial se han desarrolladocientos de polmeros.

    Gran parte del caucho usado enUSA es una variedad sintticaobtenida a partir de estireno ybutadieno empleando sodio

    metlico como iniciador. Este caucho se conoce comoBuna-S y durante la II Guerra Mundial, se obtuvieroncientos de miles de toneladas de l.

    De hecho hoy, trabajan en qumica de polmeros msQumicos Orgnicos Industriales que en cualquier otro

    campo.

    Qumica de Polmeros:Una especialidad de la Qumica Orgnica

  • Introduccin y clasificacin

    Qumica de polmeros

    Qu es un polmero?

    Tipos de polmeros

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Que es un polmero?

    Es una macromolcula formada por la unin demolculas de menor tamao que se conocen

    como monmeros.

    1 MONOMEROn

    n2 DIMERO 3 TRIMERO

    4 -20 OLIGOMEROS > 20 POLIMERO

    Introduccin y clasificacin

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Que es un polmero?Los oligmeros tienen pesos moleculares inferiores a1500 y longitudes de cadena inferiores a 50 , son

    solubles y pueden destilarse

    nn 4 -20 OLIGOMEROS

    Introduccin y clasificacin

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Que es un polmero?

    nn 20-100 POLIMERO BAJO

    Introduccin y clasificacin

    Los polmeros pueden clasificarse en:Hemicoloides- Tienen pesos moleculares entre 1500 y

    5.000 y longitudes de cadena de 50 a 500 , nopueden destilarse y dan disoluciones de baja

    viscosidad.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Que es un polmero?

    nn 100-1000 MESOPOLIMERO

    Introduccin y clasificacin

    Los polmeros pueden clasificarse en:Mesocoloides- Tienen pesos moleculares entre 5.000y 10.000 y longitudes de cadena de 500 a 2500 ,

    los lineales son solubles y comienzan a mostrarpropiedades de coloides.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Que es un polmero?

    nn >1000 ALTO POLIMERO

    Introduccin y clasificacin

    Los polmeros pueden clasificarse en:Eucoloides- Tienen pesos moleculares mayores de

    10.000 y longitudes de cadena mayores de 2500 ,los lineales son algo solubles, presentan propiedades

    de coloides y sus disoluciones son muy viscosas.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Introduccin y clasificacin

    Qumica de polmeros

    Qu es un polmero?

    Tipos de polmeros

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Tipos de polmeros:naturaleza de los monmeros

    HomopolmerosTodos los monmeros que los constituyen son iguales .

    CopolmerosEstn formados por 2 o ms monmeros diferentes.

    Introduccin y clasificacin

  • Tipos de polmeros: Copolmeros

    Copolmero aleatorio: Est formado por una disposicinaleatoria de dos ms monmeros.

    Introduccin y clasificacin

    Copolmeros de injerto: Poseen una cadena principal deun solo tipo de monmero con ramas de otros monmeros.

    Copolmero en bloques: Tiene bloques de monmeros delmismo tipo.

  • Tipos de polmeros: Estructura de la cadena

    Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unin .

    Introduccin y clasificacin

    Ramificado:Con cadenas laterales unidas a la principal.

    Entrecruzado:Si se forman enlaces entre cadenas vecinas.

  • Tipos de polmeros: Ramificados

    Hay muchos tipos entre los que cabe destacar las estructuras:En rbol o en estrella

    Introduccin y clasificacin

    Dendrmeros: Polmeros con un alto grado de ramificacin.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Tipos de polmeros: Entrecruzados

    Unin directa: Si se forman directamente entre lasmismas cadenas.

    A travs de una tercera molcula: Cuando lo hacencon un injerto

    Introduccin y clasificacin

    Aunque nos son tan fuertes como los enlaces dentro dela cadena, estos entrecruzamientos tienen un

    importante efecto sobre el polmero.

  • Tipos de polmeros: Estereoregularidad

    ISOTCTICO: Es una disposicin donde todos lossustituyentes estn en el mismo lado de la cadena.

    Introduccin y clasificacin

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Tipos de polmeros: Estereoregularidad

    Introduccin y clasificacin

    SINDIOTCTICO: Los grupos estn alternadamente aun lado u otro de la cadena

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Tipos de polmeros: Estereoregularidad

    Introduccin y clasificacin

    ATCTICO: Los grupos estn aleatoriamente a un ladou otro de la cadena

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • POLIMEROS

    Introduccin y clasificacin

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Estructura y propiedades

    Plsticos y elastmeros

    Peso molecular y propiedades mecnicas

    Morfologa en estado slido

    Propiedades trmicas

    Otras propiedadesING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PLASTICOS

    La celulosa es un ejemplo de polmero no plstico

    Estructura y propiedades

    Plsticos.- Son polmeros que, bajo condiciones apropiadas depresin y temperatura, pueden ser modelados.

    Todos los plsticos son polmeros, pero no todos los polmerosson plsticos.

    Al contrario de los elastmeros, los plsticos tienen unarigidez superior y carecen de elasticidad reversible.

    Termoplsticos.- Se ablandan con el calor y se endurecenenfrindolos.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • NO PLASTICOS

    Estructura y propiedades

    Elastmeros.- Ante una deformacin, vuelven a la formaoriginal cuando cesa la fuerza que la provoca. Tienen unaestructura entrecruzada dbil. Este tipo de estructura es lacausa de la memoria del elastmero. Como promedio seentrecruzan alrededor de 1 cada 100 molculas .Los cauchos natural y sinttico son los ejemplos mscomunes de elastmeros.

    No elastmeros. - Cuando el nmero medio deentrecruzamientos aumenta hasta 1 cada 30 molculas, elmaterial se convierte ms rgido y quebradizo.

    Un ejemplo de entrecruzamiento con este fn es lavulcanizacin del caucho para endurecerlo.

  • ELASTMEROSLos polmeros entrecruzados tienen memoria.

    Las cadenas del polmero pueden enderezarsesometindolas a una fuerza, pero una vez que la fuerzacesa, las cadenas vuelven a su posicin original y elobjeto regresa a su forma original.

    Estructura y propiedades

  • ELASTMEROSEstructura y propiedades

    Elastmeros.El caucho es el ms importante.El caucho natural es un polmerocuya unidad es el isopreno.Se extrae del ltex de la Hevea, y se

    ha sido utilizado durante siglos.Sin embargo, no fue hasta 1823 cuando el caucho seconvirti en el material que hoy conocemos. En ese ao,Charles Goodyear trat con azufre elemental en calienteel caucho natural en un proceso llamado vulcanizacin,que introduce puentes de azufre entre las cadenas delpolmero. El trmino vulcanizacin se utiliza paradescribir el entrecruzamiento de todos los elastmeros.

  • NO ELASTOMEROS

    Estructura y propiedades

    Termofraguables.- Con calor, forman materiales rgidosque no se ablandan con futuros calentamientos.

    Termorrgidos.- No se ablandan con calor.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Estructura y propiedades

    Plsticos y elastmeros

    Peso molecular y propiedades mecnicas

    Morfologa en estado slido

    Propiedades trmicas

    Otras propiedadesING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PESO MOLECULAR

    Los polmeros presenta una distribucin gausiana de pesosmoleculares (mayor nmero de molculas con el ms probable

    Estructura y propiedades

    PESO MOLECULAR PROMEDIO EN NUMERO = MnPeso total de las molculas de la muestra dividido por el

    nmero de molculas.

    PESO MOLECULAR PROMEDIO EN PESO = MwEs la suma de los productos de cada peso molecular por su

    abundancia en tanto por uno.

    PESO MOLECULAR PROMEDIO VISCOSIDAD = MvPeso molecular que tendria una disolucin de igual viscosidad

    con todas las molculas de igual peso molecular.

  • PESO MOLECULAR

    La distribucin ideal de pesos Moleculares seria gausiana

    Estructura y propiedades

    Las distribuciones reales no son tan perfectas

    Nmerode

    molculas

    Peso molecular

    Mn Mv

    Mw

  • PESO MOLECULAR

    Tambin distribuciones como:

    Estructura y propiedades

    Incluso pueden no haber molculas con peso molecular=Mn

    Mn Mv

    MwNmerode

    moleculas

    Peso molecular

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Resistencia:

    Estructura y propiedades

    Tensin Compresin FlexinTensin

    Muestra de polmero

    Lo

    Muestra de polmeroMuestra de polmero

    Le

    Muestra de polmero

    Lmax

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Resistencia:

    Estructura y propiedades

    Tensin Compresin FlexinTensin

    Deformacin por tensin = Elongacin% Elongacin elstica = Le/ Lo x 100

    % Elongacin final mxima = Lmax/ Lo x 100

    LoLeLmax

    Muestra de polmero

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Resistencia:

    Estructura y propiedades

    Tensin Compresin FlexinTensin

    Tensin = Fuerza/Area = N/cm2 = Mpa = Gpa1 megapascal = 100 N/cm2 1 gigapascal = 1000 Mpa

    LoLeLmax

    Muestra de polmero

    Resistencia a la tensin = Tensin necesariapara romper la muestra

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Resistencia:

    Estructura y propiedades

    Tensin Compresin Flexin

    Compresin = Fuerza/Area = N/cm2 = Mpa = Gpa1 megapascal = 100 N/cm2 1 gigapascal = 1000 Mpa

    Muestra de polmeroMuestra de polmeroMuestra de polmero

    Resistencia a la compresin = Compresinnecesaria para romper la muestra

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Resistencia:

    Estructura y propiedades

    Tensin Compresin Flexin

    MuestraMuestra

    Resistencia a la flexin = Flexin necesariapara romper la muestra

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Curvas de resistencia frente a deformacin

    Estructura y propiedades

    Tensin

    Modulo grande = Resistente a la deformacin

    Tensin

    Elongacin

    Mdulo tensil = pendiente de la grfica tensin-elongacin

    Resistencia mxima a latensin

    A veces la forma de la grfica no es una rectaING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Curvas de resistencia frente a deformacin

    Estructura y propiedades

    Tensin

    Los plsticos flexiblesdan curvas como esta

    Tensin

    Elongacin

    Mdulo tensil inicial

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Curvas de resistencia frente a deformacin

    Estructura y propiedades

    Tensin

    Modulo Tensil Alto Fibras Plsticos rgidosModulo Tensil intermedio Plsticos flexibles

    Tensin

    Elongacin

    Modulo Tensil Bajo - Elastmeros

    Plsticos flexibles

    Plsticos RgidosFibras

    Elastmeros

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Curvas de resistencia frente a deformacin

    Estructura y propiedades

    Compresin-flexion

    Modulo Alto Plsticos rgidosModulo intermedio Plsticos flexiblesModulo Bajo - Elastmeros

    Compresion -Modulo BajoFlexin -Modulo alto

    FibrasTensin -Modulo Bajo En otras direccionesTensin -Modulo Alto En la direccin de las fibras

    Anlogamente atensin

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Estructura y propiedades

    Dureza Es el rea bajo la curva resistencia - deformacin

    Dureza es una medida de la energa que unamuestra puede absorber antes de que se rompa

    Tensin

    Resistencia x Deformacin = Fuerza x Distancia = EnergaElongacin

    Dureza =Tensin x Elongacin

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Estructura y propiedades

    Dureza Es el rea bajo la curva resistencia - deformacin

    Pueden ser resistentes y poco duros

    Tensin

    Elongacin

    Plsticos flexibles

    Plsticos RgidosFibras

    Elastmeros

    - Poca rea =Poco duros

    - Poca rea =Poco duros

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • PROPIEDADES MECANICAS

    Estructura y propiedades

    Dureza Es el rea bajo la curva resistencia - deformacin

    Tensin

    Elongacin

    Plsticos flexibles

    Plsticos RgidosFibras

    - Resistentes y poco duros

    - Poco resistentes yPoco duros

    Elastmeros

    - Resistentes y duros

    - Poliestireno, policarbonatos, polimetacrilatos etc.- Polietileno, polipropileno, plastificantes + PVC etc.

    - Poliisopreno, polibutadieno, poliisobutileno etc.

  • Estructura y propiedades

    Plsticos y elastmeros

    Peso molecular y propiedades mecnicas

    Morfologa en estado slido

    Propiedades trmicas

    Otras propiedadesING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoEl vidrio es un material amorfo y el

    hielo es una sustancia cristalina.A pesar de la comn apariencia delos dos, se comportan de formadistinta cuando los observamos atravs de polarizadores cruzados.La estructura cristalina altamenteordenada del hielo cambia lapropiedades de la luz polarizada, yel hielo aparece claro. El vidrio y elagua carecen de ese orden y ambosaparecen oscuros.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoEstructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoLas razones de los diferentes comportamientos se encuentranen la estructura de los slidos.Los materiales cristalinos tienen sus molculas dispuestas enpatrones repetidos. Sal, azcar, hielo y la mayora de losmetales son materiales cristalinos. Como tales, todos ellostienden a tener estructura regular.Los materiales amorfos, por contra, tienen sus molculasdispuestas aleatoriamente y las cadenas se enroscan y curvana su antojo.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoLa morfologa de lamayora de lospolmeros es semi-cristalina.Es decir, formanmezclas depequeos cristalesy materialesamorfos y fundenen un rango detemperatura, enlugar de un puntode fusin.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slido

    La estructura amorfa tipo vidriopresenta las cadenas enredadas.

    Estructura y propiedades

    El material cristalino muestra un altogrado de orden formado por

    plegamiento y apilamiento de lascadenas del polmero.

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoGrado de Polimerizacin (DP) y morfologa.

    En el proceso de cristalizacin, se ha observado quecadenas relativamente cortas se organizan en

    estructuras cristalinas mas rpidamente que molculasms grandes.

    Polmeros con un alto grado de polimerizacin (DP)tienen dificultad de organizarse en capas porque la

    tendencia es de enredarse.Por consiguiente, el DP en un factor importante para

    determinar la cristalinidad del polmero.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoGrado de Polimerizacin (DP) y dureza.

    Los polmeros con peso molecular bajo (cadenas cortas)son, generalmente, ms dbiles.Las fuerzas de intermoleculares que mantienen lascapas juntas son pocas y adems forman cristalesfacilmente.Esto puede hacer que las capas cristalinas se deslicen,causando un corte en el material.Los polmeros con peso molecular alto (cadenas largas)sin embargo, tienen mayor dureza porque las molculasse enredan entre las capas. Son polmeros amorfos.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoFuerzas intermoleculares y dureza.

    Las fuerzas de Van der Vaals mantienen las capasjuntas si el polmero es de alto DP.Fuerzas polares o puentes de hidrgeno mantienenmejor unidas las cadenas entre s .Transferencia de carga entre anillos y grupos dadores yaceptores entre las cadenas tambin aumentan lafuerzas de unin entre ellas

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Morfologa en estado slidoTamao y forma del monmero y morfologa.

    Si los monmeros son grandes e irregulares, se hace msdifcil que las cadenas del polmero se dispongan de una

    manera ordenada, resultando un slido ms amorfo.

    Estructura y propiedades

    Igualmente, monmeros ms pequeos y monmeros quetienen una estructura muy regular formarn polmeros

    cristalinos.

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  • Estructura y propiedades

    Plsticos y elastmeros

    Peso molecular y propiedades mecnicas

    Morfologa en estado slido

    Propiedades trmicas

    Otras propiedadesING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Propiedades trmicasVelocidad de enfriamiento y morfologa.

    Enfriamiento lento proporciona una cantidad mayor decristalizacin.

    Un ritmo rpido produce materiales muy amorfos.

    Temperatura de transicin vitrea (Tg)Es aquella a al cual el polmero se endurece como slido

    amorfo.Se denomina as porque el slido amorfo tiene

    propiedades similares al vidrio.

    Estructura y propiedades

    ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Estado vtreo

    Estado cristalino

    Lquido

    Estado de goma

    En un materialamorfo, a la Tg,

    hay un cambio enla pendiente de lacurva del volumenespecfico frente a

    la temperatura

    En el enfriamientode un material

    cristalino hay uncambio brusco en

    el volumen alpasar por el punto

    de fusin

  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Estadovtreo

    LquidoEstado de goma

    La Tg depende de lavelocidad de enfriamiento.

    Se obtienen valores msaltos de Tg con

    enfriamientos ms rpidos.

  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Temperatura de transicin vitrea (Tg)Al descender la temperatura por debajo de la de su Tg,el polmero se hace cada vez ms quebradizo.Si la temperatura aumenta por encima de Tg, el polmeroadopta una aspecto de goma.En general:Polmeros rgidos.- valores de Tg muy por encima de latemperatura ambienteElastmeros .- valores de Tg, muy por debajo de latemperatura ambiente.

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  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Tg y propiedades mecnicas.Otra propiedad importante de los polmeros, que tambindepende de la temperatura, es la respuesta a la aplicacinde una fuerza.Hay dos tipos de respuesta: elstica y plstica.

    La mayora de los materiales presentan una combinacinde los dos comportamientos, mostrando un carcterplstico despus de sobrepasar el lmite elstico.El vidrio es uno de los pocos materiales completamenteelstico mientras la temperatura es inferior a su Tg (entre510 y 560 C).A temperatura ambiente (muy por debajo de su Tg) elvidrio ser un slido frgil.

  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Tg y propiedades mecnicasPor comparacin, el PVC que tiene una Tg de 83C

    sirve para embotellar agua fra, pero es intil paraalmacenar agua caliente.PVC tambin ser un slido frgil a temperatura ambiente.

    PlastificantesSon molculas pequeas que penetran entre las cadenas

    del polmero y las separan

    Ejemplos: disulfuro de carbono, nitrobenceno, salicilato denaftilo, benzoato de etilo, monmeros no polimerizables etc.

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  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Aadiendo una pequea cantidad de plastificante al PVCpuede bajar su Tg desde 83C a -40C. Esta adicinconvierte al PVC en un material blando, flexible a

    temperatura ambiente.

    - Ensayos de resistencia de materiales

    Plastificantes

    Cuando se evaporan el material se vuelve ms rgido yquebradizo

    - Olor a nuevo es la evaporacin de plastificantes

    - Actan aumentando el volumen libre- Disminuyen la Tg

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  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Temperatura de transicin vtrea (Tg)Dependencia de la estructura:

    - Flexibilidad de la cadena principal- A mayor flexibilidad menor Tg

    - Efecto de los grupos unidos a la cadena

    PolidimetilsiloxanoTg=-127C

    Poli(fenilensulfona)

    Tg= 500C

    - Grupos que disminuyen Tg- Grupos que aumentan Tg

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  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Temperatura de transicin vtrea (Tg)Dependencia de la estructura:

    - Grupos unidos a la cadena que aumentan Tg- Aumentan la unin entre cadenas

    Por ejemplo grupos muy voluminosos y rgidos como eladamantano

    Atrapan a las molculas vecinas y dificultan la movilidad(Actan como anclas)

    Tg= 119CTg= 225C

  • Propiedades trmicasEstructura y propiedades

    Temperatura de transicin vtrea (Tg)Dependencia de la estructura:

    - Grupos unidos a la cadena que disminuyen TgSi flexibles actan como plastificantes

    Tg= 120C

    Tg= 65C Tg= 35C Tg= 20CMenor Tg a mayor longitud de cadena

  • Estructura y propiedades

    Plsticos y elastmeros

    Peso molecular y propiedades mecnicas

    Morfologa en estado slido

    Propiedades trmicas

    Otras propiedadesING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • ViscosidadEstructura y propiedades

    Menor viscosidad de la resina

    = Mejor penetrabilidad en porosING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • SOLUBILIDADEstructura y propiedades

    La disolucin de los polmeros ocurre lentamente y en dosetapas:1- Hichamiento por difusin del disolvente dentro de lamasa slida del polmero.2- DisolucinA mayor grado de polimerizacin o entrecruzamientomenor solubilidad.

    Muchos son solo solubles por encima de su temperatura dereblandecimiento siendo absolutamente insolubles atemperaturas bajas o ambiente.

    El proceso puede durar meses.ING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • SOLUBILIDADEstructura y propiedades

    0,01 0,05 0,1 0,15 0,02Fraccin de polmero

    0

    5

    20

    30

    40T

    Temperatura crtica

    Disolvente 1

    Disolvente 2

    Por encima de la lnea solubilidad total

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  • HumectacinEstructura y propiedades

    Mejor mojado del material

    = Mejor Penetrabilidad en porosING. GAUDY C. PRADA BOTIA

  • OTRASEstructura y propiedades

    Propiedades Opticas .- Indices de refraccin, coloracin,transmisin etc.

    Propiedades elctricas.- Conductividad, aislantes

    Propiedades magnticas.- Permeabilidad magntica,Anisotropia diamagntica etc.

    Propiedades Acsticas.- Aislamientos

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