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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
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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.
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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
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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.
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
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.
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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.
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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
ING. GAUDY C. PRADA BOTIA
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