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Clases Principales de Polímeros
• Termoplásticos ( p. ej. Polietileno) se reblandecen con calor( se
les llama lineales; tienen rangos de pesos moleculares)
• Termoestables o resinas (Como la epoxi, se endurecen
cuando se calientan juntos resina y endurecedor)
• Elastómeros o gomas ( ligas)
• Polímeros naturales
Todos son largas moléculas con esqueletos de C unidas covalentemente, pero unidas entre sí por enlaces Van der walls o secundarios
Termoplásticos
• Se les llama LINEALES, son grandes cadenas
• Se suavizan al calentar( sus uniones son las Van der walls y secundarias, así que fluyen)
• Sus moléculas tienen rangos de pesos moleculares; sus empaquetamentos varían (amorfos, parcialmente cristalinos , no tienen Tf definido)
• Se forman añadiendo ( polimerizando) subunidades(monómeros)
Termoestables o resinas
• Ejemplos los aditivos epoxy , matriz de la fibra de vidrio
• Se fabrican mezclando 2 componentes ( resina y endurecedor) que reaccionan y endurecen
• Estos polímeros tienen ligamentos cruzados son polímeros de RED ( a diferencia de los lineales)
• Estructura casi siempre amorfa. Al calentar se funden los ligamentos secundarios, el modulo E cae, los ligamentos cruzados no permiten una fusión o flujo viscoso, no se puede trabajar en caliente, se descompone a mayor temperatura
Elastómeros
R puede ser H, CH3, ó Cl
Son polímeros casi lineales con pocos ligamentos cruzados en los que las uniones secundarias se hayan fundidas a temperatura ambiente. Los ligamentos cruzados son la memoria para recobrar su forma
Longitud molecular y grado de polimerización GP
• Ejemplo etileno Cuadrado = C Círculo Pequeño = H GP =# unidades monómero
• Gp= Número de monómeros en molécula ( macromeléculas)
• Rango de GP comerciales 10 3 -10 5 GP promedio.
• peso Molecular PROMEDIO= peso molecular de monómero x GP promedio
Ej: C2H 4 ( PM = 28 )si GP promedio 10 4
Peso MOLECULAR PROMEDIO 280000
• Mayoría de propiedades dependen de GP promedio
P( GP)dGP= fracción de moléculas con GP entre GP y GP + d(GP)
OJO: No se tiene un solo valor de propiedades.
Arquitectura y características: ejemplos
• Lineales isotácticos y sindiotácticos: se pueden apilar , pueden formar cristales ( isotácticos incluso pueden ser electroactivos por el dipolo libre)
• Atácticos no se pueden apilar, forzados a tener menor densidad y no cristalinos
• Forma de prepararlos influye. Ejemplo polietileno:
Método Ziegler ( preciso): da cadenas lineales y
poca dispersion de longitudes
Método ICI : ( tosco) . Laterales se desprenden, hay ramificaciones, disminuye cristaliza ción.
• PE de baja densidad ramificado, baja cristalización.
• PE alta densidad , no ramificado, cristaliza 80%
• Cuando los radicales son diferentes, disposiciones regulares son difíciles, son amorfos como el PMMA
Comportamiento térmico genérico de polímeros semicristalinos
T ----- Tg-----Tc------Tm Sólido amorfo---------- Viscoelástico----sólido cristalino--------liquido viscoso
(ó cristal + amorfo)
Tg = temperatura de transición vítrea
Los enlaces secundarios se relajan
Tc = Temperatura de transición
cristalina
Tm = temperatura de fusión
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
• Depende de :
peso molecular y
temperatura ( cercana o no a Tg);
• Se usa una temperatura T/Tg para graficar las propiedades.
• Dependen del tiempo de carga.
• Tienen comportamientos: frágil- elástico, plástico, viscolelástico ( de liga ó gomoso), y viscoso en un rango que se puede generalizar como de -20oC a 200oC.
Para polímero lineal amorfo
Temperatura ambiente significa diferente relación T /Tg para los diferentes polímeros
O cueroso
Modulo de Young E
• Es una de las característica más importante para el diseño de productos con polímeros.
• Depende del tiempo de carga y de la temperatura ( ε incrementa) E = σ/ε(t, T) • En estado vítreo: La carga estira los enlaces ( hay dos tipos de enlaces). Y la deformación es ε = f σ/E1 +(1-f) σ/E2) donde f = fracción de enlaces, por lo que E = σ/ε = { f/E1 + (1-f)/E2} -1
La rigidez aumenta con la dirección de estiramiento ( fibras)
Módulo de Young • En la Transición vítrea:
Los enlaces secundarios se relajan y las cadenas deslizan, el módulo cae.
• En el Estado cueroso o gomoso:
Al aumentar la temperatura
Los polímeros lineales con GP ≤ 10 3 presentan mas deslizamiento
Los de GP≥ 10 4 se vuelven como ligas. Debido a nudos o ligamentos cruzados que les dan memoria para recuperar la forma.
• En el Estado viscoso:
Los enlaces secundarios desaparecen. Regimen de líquidos viscosos. ( 10 4 – 10 6 poise)
• A mas alta temperatura se descomponen
Resistencia a la tensión
• Los procesos que limitan la resistencia: Fractura frágil
Deformación en frío
Bandas de cizalladura
Fisuramiento (crazing)
Flujo viscoso
(Crazing) Fisuramiento Algunos polimeros que no se estiran a T ambiente sino a mayores, cuando
se deforman a T ambiente, se fisuran ( crazing)
Bandas de Cizallamiento Para los polimeros que tienen crazing, en compresión
se desarrola nas resistencia