Unidad 1: Materiales plsticos

Unidad 1: Materiales plsticosIngeniera de PlsticosIntroduccinDefinicin de material: sustancia de la que cualquier cosa est compuesta o hecha.Ejemplos: madera, hormign, ladrillo, acero, plstico, vidrio, caucho, aluminio, cobre, papel, etc.

MetalesCermicaPolmerosCompuestosSemiconductoresSegn su uso, los materiales se clasifican en:Qu es un plstico?El trmino Plstico, en su significacin mas general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullicin y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.Los plsticos son hidrocarburos que provienen de la rotura molecular (o cracking) de las naftas, unas substancias de bajo peso molecular derivadas de la destilacin del petrleo.

Los compuestos orgnicos son en general sustancias deconstitucinsimple, porque se forman por molculas con un nmero muy reducido de tomos.La polimerizacin es una reaccinqumicarealizada mayormente en presencia de un catalizador que se combina para formar molculas gigantes.Los polmeros tienen propiedades fsicas y qumicas muy diferentes constituidas por molculas sencillasCaractersticas generales de los plsticosLos plsticos se caracterizan por una relacin resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento trmico y elctrico y una buena resistencia a los cidos, lcalis y disolventes. Las enormes molculas de las que estn compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plstico. Las molculas lineales y ramificadas son termoplsticos (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor). Estas sustituciones reflejan las ventajas de los polmeros en funcin de las siguientes caractersticas:Resistencia a la corrosin y resistencia a los productos qumicos.Baja conductividad elctrica y trmica.Baja densidad.Alta relacin resistencia a peso (particularmente cuando son reforzados).Reduccin del ruido.Amplias opciones de colores y transparencias.

E. C. #1: Cuestionario Diagnstico1. Cmo se clasifican los materiales? 2. Cmo se define un material polmero? 3. Cmo se clasifican los polmeros? 4. Cules son las principales caractersticas de un material termoplstico? 5. Qu es un material termofijo? 6. Cules son las principales aplicaciones de un material elastmero? 7. Explique el proceso de inyeccin 8. Cules son las principales condiciones a controlar en un proceso de inyeccin? 9. Qu son los pellets? 10. Qu es una matriz? PolmerosLos Polmeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes molculas o macromolculas formadas por la unin de muchas pequeas molculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composicin qumica, resultante del proceso de la polimerizacin. Cuando se unen entre s ms de un tipo de molculas (monmeros), la macromolcula resultante se denomina copolmero. Los polmeros pueden ser de tres tipos: Polmeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidn, protenas, caucho natural, cidos nucleicos, etc. Polmeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos qumicos, de ciertos polmeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc. Polmeros sintticos: son los que se obtienen por procesos de polimerizacin controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc. Clasificacin de los Polmeros segn sus Propiedades FsicasDesde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polmeros: Elastmeros Termoplsticos Termoestables

Los termoplsticos se vuelven suaves y es fcil darles forma a temperaturas elevadas; cuando se enfran, regresan a sus propiedades originales. Su comportamiento mecnico se puede caracterizar mediante diversos modelos de resorte y amortiguador. Los termofijos, que se obtienen uniendo transversalmente cadenas de polmeros, no se suavizan de manera significativa al aumentar la temperatura. Son ms rgidos y duros que los termoplsticos y ofrecen menos opciones de colores.Prctica #1: Clasificacin de los polmeros Objetivo: Identificar claramente la familia de los termofijos, termoplsticos y elastmeros.Actividades: Colectar distintas piezas elaboradas con polmeros, procurando identificar que tipo de polmero es. Definir el uso que se le da a dicha pieza Identificar las caractersticas de los materiales Discutir sobre los materiales vistosEvidencia a generar en el desarrollo de la prctica: EP1: Muestras de los distintos materiales EP 2: Reporte de los resultados y discusin del tema Rbrica de reportePortada deber contener: Nombre de la Institucin, Nombre de la Carrera, Nombre del Trabajo o Reporte, Nombre del Docente, Nombre del Alumno(s) y No(s). de Control y Lugar y Fecha de entrega.Contenido del reporte: objetivo 15%, consideracin terica 20%, procedimiento/desarrollo 30%, resultados10%, conclusiones 15%, bibliografa 5%, ortografa y presentacin del reporte 5%

Los elastmeros tienen la capacidad de sufrir grandes deformaciones elsticas y regresar a sus formas originales cuando se retira la carga. En consecuencia, poseen aplicaciones importantes en neumticos, sellos, calzado deportivo, mangueras, bandas y absorbedores de impacto.Tipos de Polmeros Ms ComunesLos termoplsticos son polmeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presin. Representan el 78-80% de consumo total. Los principales son:PolietilenoPolipropilenoResinas termofijasEstos materiales se caracterizan por tener cadenas polimricas entrecruzadas, formando una resina con una estructura tridimensional que no se funde. Polimerizan irreversiblemente bajo calor o presin formando una masa rgida y dura. Las uniones cruzadas se pueden obtener mediante agentes que las provoquen, como en el caso de la produccin de las resinas epxicas. Los polmeros termofijos pueden reforzarse para aumentar su calidad, dureza y resistencia a la corrosin. El material de refuerzo ms usado es la fibra de vidrio(la proporcin varan entre 20-30%). El 90% de las resinas reforzadas son de polister. Poliuretanos Urea, resinas y melaminaResinas fenlicasResinas epxicasResinas polisterProceso de polimerizacinExisten diversos procesos para unir molculas pequeas con otras para formar molculas grandes. Su clasificacin se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monmeras o en las condiciones experimentales de reaccin.Mecanismos de polimerizacin. La polimerizacin puede efectuarse por distintos mtodos a saber:Polimerizacin por adicinPolimerizacin por condensacin.Polimerizacin en suspensin, emulsin y masa.Prctica #1: Clasificacin de los polmeros Objetivo: Identificar claramente la familia de los termofijos, termoplsticos y elastmeros.Actividades: Colectar distintas piezas elaboradas con polmeros, procurando identificar que tipo de polmero es. Definir el uso que se le da a dicha pieza Identificar las caractersticas de los materiales Discutir sobre los materiales vistosEvidencia a generar en el desarrollo de la prctica: EP1: Muestras de los distintos materiales EP 2: Reporte de los resultados y discusin del tema Rbrica de reportePortada deber contener: Nombre de la Institucin, Nombre de la Carrera, Nombre del Trabajo o Reporte, Nombre del Docente, Nombre del Alumno(s) y No(s). de Control y Lugar y Fecha de entrega.Contenido del reporte: objetivo 15%, consideracin terica 20%, procedimiento/desarrollo 30%, resultados10%, conclusiones 15%, bibliografa 5%, ortografa y presentacin del reporte 5%

TermoplsticosLos termoplasticos son polimeros lineales, que pueden estar ramificados o no. Puesto que no se encuentran entrecruzados son polimeros solubles en algunos disolventes organicos, son capaces de fundir y son, por tanto, reciclables.

Ejemplos y aplicaciones de materiales termoplsticos:Polietileno de alta presin como material rgido aplicado para cubiertas de mquinas elctricas, tubos, etc..Polietileno de baja presin como material elstico usado para el aislamiento de cables elctricos, etc..Poliestireno aplicado para aislamiento elctrico, empuaduras de herramientas...Poliamida usada para la fabricacin de cuerdas, correas de transmisin, etc...PVC o cloruro de polivinilo para la fabricacin de materiales aislantes, tubos, envases, etcPropiedades qumicas de los termoplsticosPueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso.Permiten una deformacin plstica cuando son calentados.Son solubles en ciertos solventes.Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.Buena resistencia al fenmeno de fluencia.

Propiedades mecnicasLos termoplasticos tipicos a temperatura ambiente poseen las siguientes caracteristicas: 1) menor rigidez, el modulo de elasticidad es dos veces (en algunos casos tres) mas bajo que los metales y los ceramicos; 2) la resistencia a la tension es mas baja, cerca del 10% con respecto a la de los metales; 3) dureza muy baja; y 4) ductilidad mas alta en promedio, con un tremendo rango de valores, desde una elongacion del 1% para el poliestireno, hasta el 500% o mas para el propilenoPropiedades fsicasEn general, los polimeros termoplasticos poseen: 1) densidades mas bajas que los metales y los materiales ceramicos; 2) coeficientes de expansion termica mucho mas altos, aproximadamente cinco veces el valor de los metales y 10 veces el de los ceramicos; 3) temperaturas de fusion muy bajas; 4) calores especificos que son de dos a cuatro veces los de los metales y los ceramicos; 5) conductividades termicas que son alrededor de tres ordenes de magnitud mas bajos que los de los metales, y 6) propiedades de aislamiento electrico.

Comparacin entre termoplsticos y termoestablesTermoplsticosTermoestablesSe usa material fundido en la etapa de conformacin en lquidoEndurecen al solidificar el material fundidoEstado slido-lquido reversiblesEs posible la recuperacin de los desperdiciosHay una temperatura mxima de usoAl tratar el material fundido se orienta, por lo comn, las cadenas del polmeroSe usan polmeros lquidos o gomosos de menor peso molecular en la conformacinEndurecen por reaccin qumica, con frecuencia por formacin de enlaces cruzados de las cadenasEl lquido se convierte irreversiblemente en un slidoNo pueden recuperarse directamente los desperdiciosMuchas veces pueden soportar altas temperaturasPueden manejarse con baja orientacinComparacin de los procesos de polimerizacinTipoVentajasDesventajasMasaAlto grado de purezaRequiere equipos sencillosControl de temperatura difcilDistribucin de peso molecular anchaSolucinControl de temperatura fcilLa disolucin polimrica formada puede ser utilizada directamenteEl disolvente causa reduccin en el peso molecular y en la velocidad de reaccin Dificultades en la extraccin del disolventeEmulsinPolimerizacin rpidaObtencin de polmeros con alto peso molecularFcil control de la temperaturaContaminacin del polmero con agentes emulsionantes y aguaSuspensinControl de temperatura fcilObtencin del polmero en forma de perlasContaminacin del polmero con agentes estabilizadores y aguaRequiere agitacin continua