UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS INGENIERIA Y AGRIMENSURA

ESCUELA DE MECANICA

Ciencia de los materiales

Materiales termoplsticosIntegrantes:

SCHNEIR, Axel

UBICI, Gregorio

ROMANO, MateoIntroduccin a los polmeros:

Los polmeros son materiales que consisten en molculas gigantes o macromolculas en cadena con pesos moleculares promedio de 10000 a 1000000 g/mol y que se forman al unir muchos grupos unitarios de tomos o molculas que definen un arreglo caracterstico para un polmero mediante enlace qumico.Los polmeros se clasifican segn:

1) Su composicin qumica:

ORGANICOS: Su cadena principal es de carbonos INORGANICOS: Basados en azufre o silicio.

2) Su estructura: (lineal, ramificados, etc.)3) La sntesis de sus molculas (POLIMERIZACION):

Adicin: Se trata de la unin de monmeros y formacin de polmeros sin subproducto alguno; el polmero es la simple suma de los monmeros y no se forma ninguna otra sustancia. Para obtener polmeros de este tipo se utilizan como materia prima sustancias que tenga doble enlace entre tomos de carbonos. El primer paso de la reaccin es la rotura del doble enlace, gracias a una combinacin apropiada de calor, presin y catalizador, quedando as un electrn libre sobre cada uno de los tomos de carbono involucrados, a continuacin cada uno de estos se unir al tomo de carbono con un electrn libre de otra unidad monmera, y as sucesivamente hasta formar una cadena.Ahora mediante un ejemplo explicaremos el proceso. Para comenzar, se aade un iniciador al monmero. El iniciador forma radicales libres con un sitio reactivo, que atrae a uno de los tomos de carbono de un monmero de etileno. Cuando ocurre esta reaccin, el sitio reactivo se transfiere al otro tomo de carbono del monmero y se empieza a formar una cadena. Una segunda unidad de repeticin de etileno se puede fijar en este nuevo sitio, alargndose la cadena. Este proceso continuara hasta que quede formada una larga cadena de polietileno.

Este proceso puede finalizar de dos maneras, por combinacin entre dos cadenas (forman una ms larga) o por desproporcin (cuando una cadena activa le quita el hidrogeno a otra, y de esta manera se forman dos cadenas). Condensacin: Estos polmeros se forman a partir de dos monmeros que presentan grupos reactivos en ambos extremos. De esta manera los dos extremos de la misma molcula reaccionan con otros dos monmeros y el producto siempre tiene dos extremos reactivos lo que posibilita el crecimiento de la cadena polimrica. En cada unin qumica entre monmeros se produce una molcula de agua. Los tamaos de las cadenas dependen de la facilidad con la cual se pueden difundir los monmeros hacia los extremos. Por lo general el tamao de las cadenas es mayor en estos que la de los polmeros de adicin. Ejemplo: Nylon-6,6Otra y mejor manera de describir a los polmetros es mediante su comportamiento mecnico y trmico, dividindose en tres categoras principales de polmetros la cual en este seminario solo detallaremos a los termoplsticos.

Los plsticos son materiales compuestos principalmente de polmeros de origen natural y modificados o de polmeros hechos artificialmente. Entre los plsticos encontramos a los termoplsticos, termoestables y elastmeros. La polimerizacin es el proceso para generar un polmero. Comienza mediante molculas de una sola unidad (monmeros) o de unas cuantas unidades (oligomeros), es decir de bajo peso molecular, que se unen qumicamente para crear molculas gigantes y largas de alto peso molecular.

TermoplsticoQu es?

Es un tipo de polmero cuya estructura general se compone de cadenas lineales flexibles, con la principal caracterstica de comportarse de una manera plstica y dctil. Al ser calentados a determinadas temperaturas, se ablandan y conforman flujo viscoso. Adems, se pueden reciclar con una gran facilidad.

Cmo es la estructura de un termoplstico?

Est formado de largas cadenas producidas al unir los monmeros, pudiendo estas (cadenas) estar o no estar ramificadas. Las cadenas individuales estn entrelazadas. Entre los tomos de cadenas diferentes existen enlaces de Van der Waals relativamente dbiles. Las cadenas se pueden desenlazar mediante la aplicacin de un esfuerzo.

Los termoplsticos representan el 70-80% del consumo total de los plsticos. A continuacin, adjuntamos una tabla con los termoplsticos reciclables ms comunes, junto a sus aplicaciones.

Efecto de la temperatura sobre los termoplsticos

Una propiedad importante de los materiales polimricos termoplsticos es su comportamiento trmico, pues permite llevar a cabo diferentes procesos de conformacin de los mismos.

En general la temperatura influye en el comportamiento viscoelstico en el sentido de influir sobre los enlaces por fuerzas de Van der Waals entre las cadenas. Cuando la temperatura aumenta los enlaces se desenrollan y tiene lugar el flujo viscoso mas fcilmente con menor tensin aplicada. A bajas temperaturas, el polmero se vuelve viscoso, las cadenas no deslizan y el polmero presenta un comportamiento de slido rgido.

Se observa el efecto de la temperatura en la estructura y el comportamiento de polmeros termoplsticos.

A muy altas temperaturas, los enlaces covalentes de la cadena principal pueden destruirse, el polmero se quema o se carboniza. Esta temperatura, denominada temperatura de degradacin, limita la utilidad del polmero y representa la temperatura superior a la cual el polmero puede ser conformado de manera til.

Cuando la temperatura de los polmeros lineales es alta, la viscosidad es baja. Las cadenas pueden moverse con facilidad incluso sin fuerzas externas, y si se aplica una tensin, el polmero fluye prcticamente sin que exista deformacin elstica. Sin embargo, cuando bajamos la temperatura, se incrementa la viscosidad y no se mueven con facilidad las cadenas, hasta que llegamos a la temperatura de fusin en la que el polmero se vuelve rgido

Por debajo de la temperatura de fusin, el polmero es rgido y mantiene su forma, aunque sus cadenas estn enroscadas, sin embargo, las cadenas se mueven y causan deformacin al aplicar un esfuerzo. Cuando se elimina la tensin, el polmero solo recupera la parte elstica de la deformacin. La resistencia y el mdulo de elasticidad son bajos pero el alargamiento es altsimo. Al ir disminuyendo la temperatura, la deformacin elstica crece y disminuye la viscosa, el polmero se va rigidizando proporcionando mayores valores de resistencia y de modulo de elasticidad y menor alargamiento.

Conforme disminuye la temperatura del polmero en estado rgido o vtreo, la viscosidad se hace tan baja que slo es posible el movimiento muy localizado de pequeos grupos de la cadena, no se produce deslizamiento. Por debajo de la temperatura de transicin vtrea el polmero se vuelve frgil y duro, comportndose de manera parecida a un vidrio cermico. La temperatura de transicin vtrea suele ser 0,5-0,75 veces la de fusin.

Relaciones estructura-propiedades

CRISTALIZACIONLa cristalinidad es importante en los polmeros, ya que afecta sus propiedades mecnicas y pticas. La cristalinidad se presenta durante el procesamiento de los polmeros como resultado de cambios en la temperatura y de esfuerzos aplicados; por ejemplo en la formacin de botellas PET. Si las regiones cristalinas se hacen demasiado grandes, empiezan a dispersar luz y hacen el plstico translucido. Si obtenemos una cristalizacin mayor del polmero ayudara a incrementar su densidad, resistencia al ataque qumico y propiedades mecnicas.

COPOLIMEROSForma muy poderosa de combinar las propiedades de diferentes polmeros. El arreglo de los monmeros dentro del copolmero puede asumir varias figuras (ver a continuacin). La combinacin de dos copolmeros da al ABS una excelente combinacin de rigidez, resistencia y tenacidad.

(a) monmeros alternos; (b) monmeros aleatorios; (c) copolmero en bloque; (d) copolmero injertados

MEZCLAS Y ALEACIONESPara poder mejorar las propiedades mecnicas de muchos de los termoplsticos mediante la mezcla y la aleacin, podramos hacerlo mezclando un elastmero no miscible con el termoplsticos, produciendo un polmero de dos fases. El elastmero no se introduce en la estructura como polmero, sino que ayuda a absorber energa y mejorar al tenacidad.

PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecnicas se basan en que los termoplsticos exhiben un comportamiento no newtoniano y viscoelstico. El primer comportamiento nos indica que el esfuerzo y la deformacin no estn relacionados linealmente para la mayor parte de la curva esfuerzo-deformacin y el comportamiento viscoelstico nos dice que al aplicarse una fuerza externa, se produce una deformacin tanto plstica como elstica.

Ejemplo nylon 66:

El comportamiento mecnico est internamente ligado a la manera en que las cadenas del polmero se mueven entre si bajo carga. El proceso de deformacin depende del tiempo y de la rapidez de aplicacin de la carga.

COMPORTAMIENTO ELASTICO

Cuando se le aplica un esfuerzo, ste repercute estirando los enlaces covalentes de las cadenas, permitiendo el alargamiento elstico de la misma. Al eliminarse el esfuerzo, la recuperacin de esta distorsin es inmediata. Si el esfuerzo llegase a ser tal, que distorsiona el segmento completo, esta recuperacin podra tardar das, semanas, meses.

COMPORTAMIENTO PLSTICO

Se produce cuando el esfuerzo es mayor a la resistencia de cedencia. A diferencia de las deformaciones en los metales, la deformacin plstica no es una consecuencia de movimiento de dislocaciones. En lugar de eso, las cadenas se estiran, giran, se deslizan y se desenmaraan bajo la accin de la carga, causando una deformacin permanente. Esto explica la cada en el esfuerzo ms all del punto de cedencia. Sin embargo, una vez que las cadenas se estiran y quedan estrechamente juntas unas con otras, y paralelas entre s, los enlaces de Van Der Walls se intensifican y se requiere un mayor esfuerzo para romperlo, completando el proceso de deformacin y fractura. A este ltimo proceso se lo llamo cristalizacin, y fue clave para descubrir el nylon 66 como material til para la fabricacin de fibras resistentes.

TERMOFLUENCIA Y RELAJACION DE ESFUERZOS

Los polmeros termoplsticos exhiben termofluencia, una deformacin permanente que depende del tiempo antes un esfuerzo o carga constante. Adems, muestran una relajacin de esfuerzos, es decir, que bajo una deformacin constante, el nivel de esfuerzo se reduce con el tiempo. Ejemplo la banda elstica.

COMPORTAMIENTO AL IMPACTO

A velocidades de deformacin muy altas, como ocurre en una prueba de impacto, no hay tiempo suficiente para que las cadenas se deslicen causando una deformacin plstica. A bajas temperaturas, se observa un comportamiento frgil mientras que a temperaturas elevadas son ms dctiles, ya que las cadenas se mueven con mayor facilidad.

DEFORMACIN DE LOS POLMEROS CRISTALINOS

Estos materiales nunca son totalmente cristalinos. Existen pequeas regiones que son regiones de transicin amorfas, entre las laminillas cristalinas y entre las esferulitas cristalinas. Las cadenas cristalinas en la regin cristalina se extienden hacia el interior de esas regiones amorfas como cadenas de unin. Cuando se aplica al polmero una carga de traccin, las laminillas cristalinas dentro de las esferulitas, se deslizan una por encima de la otra y empiezan a separarse conforme las cadenas de unin se estiran. Los dobleces entre laminillas se tuercen y se alinean con la direccin de la carga. Las laminillas cristalinas se rompen en trozos ms pequeos y se deslizan, hasta que finalmente el polmero queda compuesto de pequeos cristales alineados unidos por cadenas de unin y orientados paralelamente a la carga. Las esferulitas adems cambian de forma alargndose en la direccin del esfuerzo aplicado. Bajo un esfuerzo continuado, las cadenas de unin se desenmaraan o se rompen haciendo que el polmero falle.

AGRIETAMIENTO EN POLMEROS

En los termoplsticos se presentan microcavidades cuando las regiones localizadas de deformacin plstica ocurren en direccin perpendicular a la del esfuerzo aplicado. En los termoplsticos transparentes, las microcavidades producen una regin traslcida u opaca que parece una grieta. La microcavidad puede crecer hasta extenderse en toda la seccin transversal de la pieza de polmero. Pero la microcavidad no es una grieta, y de hecho, puede seguir soportando un esfuerzo aplicado.

El proceso es similar a la deformacin plstica del polmero pero puede avanzar incluso ante un esfuerzo reducido durante un perodo largo. Las mismas cavidades pueden provocar una fractura frgil del polmero. Se pueden formar grietas en la formacin de microcavidades. Conforme los huecos se alargan, las fibrillas del polmero se estiran, se adelgazan y finalmente fallan conforme la grieta se ensancha. En el extremo de la regin de microcavidades se desarrollan un esfuerzo ms elevado formando ms microhuecos y continuando el crecimiento de la regin defectuosa.

BLANQUEO

Se refiere a la falla de un plstico por cristalizacin localizada, debido a un doblado repetido, que genera la formacin de huecos.

CONFORMADO DE LOS TERMOPLASTICOSLas tcnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plsticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformacin. La naturaleza de muchos de estos procesos es cclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos.

EXTRUSINLa extrusin consiste en hacer pasar bajo la accin de la presin un material termoplstico a travs de un orificio con formas ms o menos complejas (hilera), de manera tal y continua, que el material adquiera una seccin transversal igual a del orificio. En la extrusin de termoplsticos el proceso no es tan simple, ya que durante el mismo, el polmero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, enfriado en una calandria. este proceso tiene por objetivos, proceso que es normalmente continuo, usarse para la produccin de perfiles, tubos, pelculas plsticas, hojas plsticas, etc.

TERMOCONFORMADO

Se refiere al proceso en el que una lmina de cualquier polmerotermoplsticoes calentada hasta llegar a su temperatura de transicin vtrea quedando apta para su deformacin. Seguidamente esta lmina plstica se coloca sobre el molde con la forma deseada y se succiona con vaco contra ste, para que copie exactamente su forma, obteniendo la pieza plstica.

INYECCIN

Es un proceso fsico y reversible, en el que se funde una materia prima llamada termoplstico, por el efecto del calor, en una maquina llamada inyectora. Esta mquina con el termoplstico en estado fundido, lo inyecta, dentro de las cavidades huecas de un molde. Con una determinada presin, velocidad y temperatura. Transcurrido un cierto tiempo, el plstico fundido en el molde, va perdiendo su calor y volvindose slido, copiando las formas de las partes huecas del molde donde ha estado alojado. El resultado es un trozo de plstico slido pero con formas dimensionales similares a las partes huecas del molde. A este termoplstico solidificado le llamamos inyectada.

INYECCIN SOPLADOEs el tercer mtodo ms utilizado en el procesado de plsticos. Durante mucho tiempo se emple casi exclusivamente para la produccin de botellas y botes, sin embargo los ltimos desarrollos en el proceso permiten la produccin de piezas de geometra relativamente complejas e irregular, espeso de pared variable, dobles capas, materiales con altas resistencias qumicas, etc.

Bsicamente el proceso de soplado est pensado para su uso en la fabricacin de productos de plsticos huecos. Aunque hay diferencias considerables en los diferentes procesos de soplado, todos tienen en comn la produccin de un precursor o preforma, su colocacin en un molde hembra cerrado, y la accin de soplarle con aire para expandir el plstico fundido contra la superficie del molde, creando as el producto final.

Bibliografa:-Ciencia e Ingeniera de los materiales - Donald R. Askeland 3,4 y 6ta ediciones

-Universitat Politcnica de Valencia

- FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN - Conformado de plsticos.

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