Tema 11: Materiales poliméricos: Plásticos.

1. Microestructura y propiedades de los materiales poliméricos.

2. Los plásticos: tipos.

3. Procesos de fabricación y conformación.

4. Productos y compuestos poliméricos.

5. Normativa y aplicaciones..

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN F. ARQUITECTU RA Y U.Curso 2018-2019. Escuela Técnica Superior de Arquit ectura.

Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Objetivos Docentes:

• “Conocer la estructura y propiedadestecnológicas de los materiales poliméricosartificiales.

• Conocer los plásticos utilizados en construcción,sus tipos, procesos de fabricación, productos ycompuestos, normativa, designación yaplicaciones.”

Materiales poliméricos• Constituidos por polímeros (estructura polimérica).

• Formados por enlaces covalentes y enlaces secundarios.

• Pueden ser naturales (celulosa) o artificiales (sintéticos).

• Los plásticos son materiales poliméricos artificiales quepueden ser conformados por presión o temperatura.

• Propiedades de los plásticos:

Baja densidad y resistencia

Son combustibles

Se degradan por acción del sol y los agentes atmosféricos

• Sus propiedades se pueden modificar añadiendo alpolímero otras sustancias (aditivos y adiciones).

Los polímeros

• Son macromoléculas (cadenas poliméricas) formadas porla unión de moléculas de menor tamaño que se conocencomo monómeros.

• El proceso de unión se llama polimerización.

• Las cadenas pueden ser de Carbono (orgánicas) o deSilicio (inorgánicas, como la silicona).

1 MONOMEROn n 2 DIMERO3 TRIMERO> 20 POLIMERO

Reacciones de polimerización

• Para que un monómero polimerice, es necesario quedisponga de (al menos) dos enlaces activos.

• Así, puede reaccionar con otros dos monómeros yconstituir una cadena.

• La activación del enlace se produce por la presencia de unactivador o de un catalizador.

• Hay dos formas principales de polimerización:

• Por adición: reacción en cadena de monómeros (elpolímero resultante es la suma de los monómeros.

• Por condensación: reacción por etapas en la que secombinan dos monómeros desprendiendo otra sustancia.

Tipos de polímeros

Homopolímeros: Todos los monómeros que los constituyen son iguales .

Copolímeros: Están formados por 2 o más monómeros diferentes.

Copolímeros: Tipos

Copolímero aleatorio: Está formado por una disposición aleatoria de dos ó más monómeros.

Copolímero de injerto: Poseen una cadena principal de un solo tipo de monómero con ramas de otros monómeros.

Copolímero en bloques: Tiene bloques de monómeros del mismo tipo.

Estructura de la cadena: Tipos

Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unión .

Ramificado: Con cadenas laterales unidas a la principal.

Reticulado: Se forman enlaces entre cadenas vecinas.

Tipos de Materiales poliméricos• Por su composición pueden ser Orgánicos (-C-C-C-) o

Inorgánicos (-Si-O-Si-O-Si-, siliconas).

• Por su estructura y propiedades, se distinguen:

• Elastómeros: Ante una deformación, vuelven a la formaoriginal cuando cesa la fuerza que la provoca.

• Plásticos: polímeros que, bajo condiciones apropiadas depresión y temperatura, pueden ser modelados.

Tienen mayor rigidez que los elastómeros.

Actualmente, contienen aditivos y adiciones quemodifican sus propiedades (físicas y mecánicas).

(Con un polímero pueden hacerse plásticos diferentes)

Materiales poliméricos elastómeros• Tienen una estructura reticulada débil y

deformabilidad elevada.

• Este tipo de estructura es la causa de la memoria deforma de los elastómeros (comportamiento elástico):

• Las cadenas pueden separase aplicando una fuerza.

• Una vez que la fuerza cesa, las cadenas vuelven a suposición original y el material recupera su forma.

Tipos de plásticos• Por su sensibilidad a la temperatura, se distinguen:

• Termoplásticos:

Están formados porcadenas lineales unidas porenlaces débiles (estructura amorfa o semicristalina).

Se fundencon el calor (rotura de enlaces secundarios).

Algunos se pueden reticular parcialmente (rigidización)

• Termoestables:

Formados por cadenas unidas por enlaces covalentes(estructura reticulada).

No se funden con el calor (a mas temperatura arden).

Son rígidos yno se pueden soldar.

Estructura de los polímeros termoplásticos• Es principalmente amorfa (vítrea), aunque en algunas

zonas se pueden formar estructuras cristalinas.

• Esta estructura se denominasemi-cristalina:

Estructura vítrea (cadenas enrolladas)

Estructura cristalina (cadenas apiladas)

Estructura de un termoplástico semi-cristalino

Estructura de los polímeros termoestables• Se forman cadenas que se enlazan entre sí, mediante

enlaces primarios de tipo covalente.

• Formanestructuras poliméricas reticuladas:

Polimerización de un epóxido (termoestable)

Comportamiento térmico de los polímeros• Las propiedades de los polímerosdependen de la

temperatura.

• Al aumentar la temperatura se descomponen los enlacessecundarios (débiles) que unen las cadenas.

• A una cierta temperatura, dejan de comportarse comosólidos elásticos y se comportan como una goma(Temperatura de Transición Vítrea).

• A una temperatura mayor, los termoplásticos se fundenen forma de líquido (Temperatura de Fusión).

• Los termoestables no tienen TF (se descomponen).

• Cuanto mayor es el grado de cristalización, la TTV y laTF están más cercanas.

Estado Semi-cristalino

Estado cristalino

Líquido

Estado de goma

Temperatura

Volu

men

esp

ecífi

co

TTV TF

En el enfriamiento de un material

cristalino hay un cambio brusco en el

volumen al pasar por el punto de

fusión

Comportamiento térmico de los termoplásticos

En un material amorfo, a la TTV,

hay un cambio en la pendiente de la

curva del volumen específico frente a

la temperatura

Comportamiento térmico de los termoplásticos

Propiedades de los materiales poliméricos• Dependen de su estructura y su TTV:

Los plásticos se utilizan a Temperatura < TTV.

Los elastómeros se utilizan a Temperatura > TTV.

• Son aislantes térmicos y eléctricos.

• Tienen baja densidad, absorción y permeabilidad.

• Baja resistencia mecánica y alta dilatación térmica.

• Se pueden colorear el masa (pigmentos).

• Son combustibles y desprenden gases tóxicos.

• Tienen una durabilidad limitada: sufren envejecimientopor acción de los rayos UVA y los agentes atmosféricos

• Son incompatibles con algunos materiales (pe. betunes)

Tipos de plásticos utilizados en construcción

• Los plásticos son materiales poliméricos que se puedenconformar.

• Termoplásticos:

• Termoestables:

Formaldehidos Fenólicos (FF)Melaminas (MF)De Urea (UF)

Poliuretanos (PU)

Epóxidos (PX)

Polietilenos (PE)Polipropilenos (PP)Cloruros de polivinilo (PVC)Poliestirenos (PS)Polimetilmetacrilatos (PMMA)Policarbonatos (PC)

Fabricación de materiales plásticos

• El proceso consta de cuatro etapas:

1. Materias primas: se fabrican a partir de productosorgánicos naturales (petróleo, carbón algodón, …)

2. Síntesis del polímero básico: adición o condensación.

3. Inclusión de aditivos y adiciones.

4. Conformación del producto:

Las técnicas empleadas dependen del tipo de plástico:

Termoplásticos: se calientan y deforman por presión

Termoestables: se conforman antes de que se produzcael entrecruzamiento de las cadenas.

Técnicas de conformación de plásticos

• Se distinguen dos grupos principales:

Conformación continua: se obtienen productos desección constante que se cortan posteriormente.

Técnicas: Extrusión e Hilado.

Conformación discontinua: se obtienen piezas dedimensiones fijas.

Técnicas: Inyección y Moldeado.

• Espumado: Se incorporan agentes aireantes en elproceso de fabricación que aligeran el producto.

(Permite utilizar técnicas continuas y discontinuas)

Conformación continua

Extrusionado de láminas flexibles

Hilado de fibras

Conformación discontinua

Moldeado por aire

Termo-moldeadoInyección

Productos plásticos para construcción• Plásticos rígidos: presentan un comportamiento elástico

(Tubos, perfiles, láminas y productos conformados)

• Plásticos flexibles: Incorporan aditivos plastificantes.

(Láminas y tubos)

• Espumas: Pueden ser conformados (placas o coquillas)o aplicarse en estado líquido (poliuretano y fenólicas).

• Resinas: se aplican en estado pastoso y se endurecen alaire (por acción de un activador o curado térmico).

• Fibras: para tejidos o refuerzo de matrices (composites)

• Materiales compuestos: Plásticos reforzados, laminadosy paneles sándwich.

Plásticos reforzados con fibras (composites)

• Loscompositesson materiales compuestos reforzados.

Constan de unamatriz y un refuerzo en forma de fibra.

Las matrices pueden ser poliméricas, metálicas oconglomeradas.

Las fibras pueden ser metálicas, de vidrio o poliméricas.

Pueden ser largas o cortas y su distribución en la matrizorientada o aleatoria.

• Los plásticos reforzados con fibras (FRP) mejoran suspropiedades mecánicas.

• Las fibras más habituales son de vidrio (GRP).

Orientación de las fibras en composites

Refuerzos con fibras (composites)

Plásticos reforzados con

fibras (composites)

Aplicaciones de plásticos en construcción

• Cerramientos y Particiones : Láminas de revestimiento,perfiles, carpinterías, acristalamientos y paneles.

• Revestimientos y pavimentos: Continuos o discontinuos

• Instalaciones: Tubos, canalizaciones, arquetas yregistros, canalizaciones, encofrados, coquillas deaislamiento y cubiertas de conductores.

• Impermeabilización y barreras de vapor: Láminasflexibles incluidas en sótanos, cerramientos y cubiertas.

• Aislamiento térmico: Polímeros espumados en forma deplacas (poliestireno) o proyectados en forma líquida(poliuretano y espumas fenólicas).

Aplicaciones de plásticos en construcción

Aplicaciones de plásticos en construcción

Aplicaciones de plásticos en construcción

Aplicaciones de plásticos en construcción

Normativa de productos plásticos

• En aplicaciones vistas, deben cumplir con la normativacontra-incendios DB-SI (son combustibles).

• Los aislantesdeben cumplir las Condiciones térmicas(DB-HE) y acústicas (DB-R)

• Los productos parainstalaciones deben cumplir losReglamentos de Instalaciones (REBT, RITE, …)

• Distintivos de calidad: Sello INCE, Marca AENOR

• Algunos productos requieren de marcado CE para sucomercialización en la UE:

�Productos para Aislamiento térmico (EPS, XPS, PU, FF)

�Productos para instalaciones hidráulicas y eléctricas

Tema 11: Materiales poliméricos: Plásticos.

1. Microestructura y propiedades de los materiales poliméricos.

2. Los plásticos: tipos.

3. Procesos de fabricación y conformación.

4. Productos y compuestos poliméricos.

5. Normativa y aplicaciones..

Glosario de conceptos del Tema

•Materiales poliméricos •Comportamiento térmico •Productos plásticos

•Polimerización •Temperatura de fusión •Plásticos rígidos

•Polímeros •TTV •Plásticos flexibles

•Tipos de polímeros •Grado de cristalización •Espumas

•Tipos de estructuras •Propiedades plásticos •Resinas

•Tipos de mat. Poliméricos •Tipos de plásticos •Fibras

•Elastómeros •Fabricación de plásticos •Compuestos

•Plásticos •Técnicas de conformación

•Compuestos reforzados

•Termoplásticos •Conform. Continua •Aplicaciones

•Termoestables •Conform. Discontinua •Normativa

•Microestructuras •Espumado

Bibliografía de consulta recomendada.

• Dietz, A. G. H.; Plásticos para arquitectos y constructores, Ed. Reverté, 2003

• Vigil Montaño, MR; Los plásticos como materiales de construcción, UNED, 2002

• Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. McGraw-Hill, 2014.