materiales sinteticos

TECSUP - PFR Tecnología de Materiales

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UNIDAD V

MATERIALES SINTÉTICOS

• Se llaman materiales sintéticos a los materiales orgánicos obtenidos artificialmente partiendo de productos del petróleo, del gas natural o de las materias primas: carbón, cal, aire y agua.

• Puesto que todos los materiales sintéticos pueden en alguna de las etapas de su elaboración, generalmente ante temperaturas comprendidas entre los 90 y los 200 °C, ser conformados mediante amasado, es decir pueden trabajarse plásticamente, se llaman también plásticos

• Casi todos los materiales sintéticos contienen, lo mismo que los materiales orgánicos naturales, como elemento más importante, carbono; son considerados por lo tanto igualmente entre los materiales orgánicos. Constituyen una excepción las siliconas, que tienen como elemento principal el silicio.

1. PLÁSTICOS

En química y tecnología, los plásticos son materiales orgánicos poliméricos, unos naturales, como el caucho y la cera, y la mayoría artificiales o sintéticos, que tienen la propiedad de adaptarse a distintas formas como laminado o hilado.

Figura 1

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1.1 PROPIEDADES

Son baratos. Tienen una baja densidad. Son impermeables. Son aislantes eléctricos Son aislantes térmicos, pero no resisten temperaturas altas. Su quema es muy contaminante. Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie. Resisten muchos factores químicos. Algunos se reciclan mejor que otros, Son fáciles de trabajar.

1.2 PROCESOS DE ELABORACIÓN

La primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de POLIMEROS en la industria química. Hoy en día la recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también (RECICLAJE).

Parte de los plásticos terminados por la industria se usan directamente en forma de grano o resina.

Más frecuentemente, se utilizan varias formas de moldeo (por inyección, compresión, rotación, inflación, etc.) o la extrusión de perfiles o hilos.

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas MONOMEROS.

Cuando hablamos de polímeros nos estamos refiriendo a moléculas con pesos moleculares de cientos de miles, o aún millones Para que se forme un polímero, todo un grupo de monómeros se enlaza entre sí, para crear una larga cadena polimérica. Por ejemplo, los monómeros del estireno se ensamblan para hacer poliestireno:

Figura 2

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula_org%C3%A1nica


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1.3 CONSTITUCIÓN DE LAS MACROMOLÉCULAS

• En la fabricación de materiales sintéticos se unen entre sí millares de moléculas monómeras gaseosas o líquidas para formar gigantescas macromoléculas en los materiales sintéticos sólidos (polímeros).

• Los materiales que con el calentamiento pasan del estado quebradizo, agrio, a través del estado elástico para llegar al estado plástico-blando y que después al volverse a enfriar se tornan nuevamente duros se llaman termoplastos.

• Materiales con macromoléculas formando retículos estéreos de malla estrecha se llaman duroplastos o también durómetros. Las propiedades pueden variar de unos duroplastos a otros según sean sus mallas más estrechas o más anchas.

• También mediante la adición de materiales de relleno (cargas), tales como el polvo de piedra, el aserrín o fibras de vidrio, pueden variarse las propiedades de los duroplastos para adaptarlos a las distintas aplicaciones que hayan de tener.

• Si las moléculas filiformes de un material sintético están unidas en pocos puntos para formar una red suelta, de anchas mallas, el material será elástico como la goma. Estos materiales se llaman elastómeros.

• En los materiales sintéticos se distinguen principalmente los siguientes grupos:

Termoplastos (plastómeros). Duroplastos (durómetros). Elastómeros. Materiales naturales transformados.

2. TERMOPLASTOS (plastómeros)

• Mientras los materiales sintéticos endurecibles no pueden salir de su estado sólido y ablandarse, los materiales no endurecibles (Figura 3) se ablandan en cada calentamiento a unos 80 °C, sin endurecerse nunca.

• Se llaman por eso termoplásticos es decir modelables en caliente. Pueden conformarse en caliente sin arranque de viruta mediante colada o doblado, así como unirse por soldadura y tienen extraordinarias propiedades en cuanto a aislamiento eléctrico.


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a. Cloruros de polivinilo (PVC o también CPV)

• El cloruro de polivinilo (densidad aproximadamente 1,35 kg/dm3) es incoloro y transparente, pero puede colorarse a voluntad. Es además inodoro e insípido y muy estable frente al ataque de ácidos, lejías, sales y gasolina.

Figura 3

Es un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80°C y se descompone sobre 140°C.

Cabe mencionar que es un polímero por adición o radical libre y además una resina que resulta de la polimerización del cloruro de vinilo o cloroeteno.

CARACTERISTICAS

Muy buena resistencia eléctrica Buena resistencia a la llama. Alto contenido en halógenos (Cloro). Es dúctil y tenaz Presenta estabilidad dimensional Resistencia ambiental Toxicidad es muy alta al incinerarse

• Empleo: Se emplea el cloruro de polivinilo en su estado de ablandamiento (también llamado estado plástico) para tapizados («cuero artificial»), para manguitos de junta, mangueras, zapatillas, guantes y trajes protectores.

• En su estado duro el cloruro de polivinilo se emplea, por ejemplo, para tuberías en la industria química y cervecera, así como para carcasas de bombas y válvulas resistentes a los productos químicos.

• Los productos de cloruro de polivinilo, por ejemplo el cuero artificial, pueden lavarse con agua de jabón o con gasolina. Por el contrario son perjudiciales el aceite mineral y el tricloroetileno.

• Los productos de cloruro de polivinilo son como termoplastos sensibles al cloro y por ello pierden su forma en agua caliente. Las láminas blandas de cloruro de polivinilo se siguen rasgando fácilmente partiendo de deterioros de arista viva (cortes, agujeros).


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b. Polistirol (PS) - poliestireno

• El polistirol (densidad 1,15 kg/dm3) es un material sintético cuya materia prima de partida es únicamente el carbón.

El poliestireno es un plástico que se obtiene por un proceso denominado polimerización, a partir de un monómero llamado ESTIRENO.

Figura 4

Las ventajas: Facilidad de uso Coste relativamente bajo. Las desventajas Escasa resistencia al calor (se deforma a menos de 100ºC) Resistencia mecánica modesta. TIPOS Poliestireno cristal Es transparente, duro y frágil de uso general. Es vítreo debajo de 100 ºC; por encima de esta temperatura es procesable y puede tomar múltiples formas. Poliestireno de alto impacto Es más fuerte, no quebradizo y capaz de soportar impactos violentos sin romperse; como inconveniente está su opacidad y su mayor coste Poliestireno expandido Consiste en 95% de poliestireno y 5% de un gas que forma burbujas que reducen la densidad del material. El polistirol es resistente frente a los ácidos, las lejías, las sales y los aceites, pero no lo es frente a la gasolina y el benzol. En estado puro es bastante frágil, de claridad vítrea y transparente. Empleo: Ventanillas de luces de señales en cajas de distribución, piezas aislantes en las técnicas de alta frecuencia, de baja tensión y de baja intensidad.


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c. Polietileno (PE) El polietileno es un producto del petróleo. Tiene aspecto ceroso, pero puede fabricarse en cualquier color y tiene tacto grasoso. El polietileno es resistente frente a los ácidos, las lejías y los disolventes corrientes. Es un buen aislante eléctrico. Clasificación y propiedades físicas La abreviatura de polietileno comúnmente utilizada es PE. Los polietilenos pueden clasificarse en: No tóxico Flexible Liviano Transparente Inerte (al contenido) Impermeable Fácil procesamiento Bajo costo

Figura 5

• Polietileno blando (densidad 0,92 kg/dm3); se llama también por su procedimiento de fabricación polietileno de alta presión y soporta temperaturas + 70 a - 50 °C.

PE ramificado o de baja densidad (LDPE) Fácil de fabricar, más económico

Empleo: laminas para empaquetado, frascos para productos químicos y pulverizadores, engrasadores por inyección, tubos dilatables, vasos para bandas, para trenzado de asientos de silla, material esponjoso para tapizado de muebles.

• Polietileno duro (densidad 0,94 kg/dm3); se llama también polietileno de baja presión y soporta temperaturas de + 100 a - 250 °C. Se trabaja generalmente por el procedimiento de colada por inyección.

PE lineal o de alta densidad (HDPE)

En forma de fibras es muy resistente

Empleo: Válvulas, grifos cilindros de presión y de guía, roldanas y rodillos de guía ruedas dentadas, manguitos de junta o empaquetadura, vías de deslizamiento, mangos de herramientas, bidones, cubos, cantimploras, tubos duros.


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d. Acrilglas, Polimetilmetacrilato (PMMA)

• El acrilglas (densidad 1,18 kg//dm3) se obtiene partiendo del acetileno. Es de claridad vítrea, especialmente permeable (transparente) para la luz ultravioleta, siendo resistente a la acción de los rayos luminosos (no amarillea).

• Es insensible frente a la gasolina, el aceite, ácidos y lejías ligeras; por el contrario, el benzol y el alcohol producen en este material pequeñas grietas.

• Como termoplasto el acrilglas se deforma fácilmente a temperaturas superiores a los 70 °C.

• Empleo: Vidrios para instrumentos de medición, relojes y gafas de protección; dispositivos transparentes de protección en máquinas herramientas

e. Poliamida (PA)

• Las poliamidas (densidad 1,13 kg/dm3) son materiales sintéticos fabricados con el fenol. Cuando no se colorean, el aspecto de las poliamidas es blanco lechoso. Son resistentes a la deformabilidad hasta unos 100 °C

• .Estos materiales sintéticos se pueden tornear, taladrar, fresar, limar, cepillar, aserrar, punzonar, estampar y pulimentar.

• Empleo: A consecuencia de sus buenas propiedades de deslizamiento, que pueden aún mejorarse mediante mezcla son sulfuro de molibdeno, se emplean las poliamidas para casquillos de cojinetes, para ruedas dentadas muy silenciosas, para roldanas

f. Polítetrafluoreti leno (PTFE)

• El politetrafluoretileno (densidad 2,2 kg/dm3) es un material sintético obtenido a base de acetileno, cloro y ácido fluorhídrico.

• Es sumamente resistente contra los agentes atmosféricos y contra los productos químicos así como contra la mayoría de los solventes. Sobresale especialmente su resistencia a la temperatura.

• Soporta temperaturas de trabajo desde + 250 hasta -150 °C.

• Empleo: Casquillos y revestimientos para soportes sin aceite, cajas y membranas para bombas y válvulas, cápsulas para grifos, fuelles, juntas, empaquetaduras para temperaturas altas y bajas, recubrimiento de tuberías metálicas y carcasas metálicas para protección contra la oxidación, aislamiento de conductores eléctricos.


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3. DUROPLASTOS (durómetros)

• Cuando se prensan los duroplastos y se calientan al mismo tiempo a 170 °C, se ablandan y se hacen plásticos al principio, pero se endurecen después rápidamente. Cuando se han endurecido ya no se reblandecen nuevamente ni se disuelven en ningún disolvente; arden difícilmente.

• Antes del endurecimiento, esos materiales son fácilmente solubles en casi todos los disolventes, excepto el agua, y sirven en este estado como materiales básicos para barnices de resina sintética.

A. Resina fenólica (PF)

• La resina fenólica (densidad 1,25 kg/dm3).

• La mayor parte de las resinas sintéticas se mezclan con materiales de relleno (cargas) y se trabajan para convertirlas en piezas moldeadas o prensadas.

• Las "cargas" tales como por ejemplo el polvo mineral, el aserrín, las fibras textiles o los recortes de tejido, aumentan la resistencia.

• Empleo: Mangos para palancas de interruptores, interruptores eléctricos, piezas para aparatos de telefonía y telegrafía, carcasas de pequeños motores y aspiradores de polvo, plumas estilográficas, etc.

Denominaciones comerciales: Baquelita

• Si se empapan bandas de tejido o de papel en una solución de resina fenólica se ponen unas sobre otras formando capas y se prensan a la temperatura de endurecimiento obtendremos placas de tejido duro o de papel duro.

Se trata de un fenoplástico que hoy en día aún tiene aplicaciones de interés. Se sintetiza a partir de moléculas de fenol y formaldehido. Este producto puede moldearse a medida que se forma y resulta duro al solidificar.

Fue el primer plástico totalmente sintético de la historia.

Figura 6


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CARACTERÍSTICAS

No conduce la electricidad Resistente al agua y los disolventes. Fácilmente mecanizable. Buena capacidad dieléctrica

El alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la bakelita le confiere la propiedad de ser un plástico termoestable: una vez que se enfría no puede volver a ablandarse.

• Su trabajabilidad es parecida a la de la madera dura.

• Empleo de tejido duro: Ruedas dentadas para funcionamiento silencioso, martillos para no deteriorar las piezas golpeadas con ellos.

B. Resina melamínica (MF)

La resina melamínica se fabrica con carburo cálcico y nitrógeno. Tiene aproximadamente las mismas propiedades que la resina úrica y se emplea, como ésta, para la confección de objetos de uso de color claro, placas duras y para colas frías y calientes. La melamina es un compuesto orgánico con la fórmula química C3H6N6 que se forman por poli-condensación de la fenilamina y del formaldehido

cuyo nombre IUPAC es : 2,4,6-triamino-1,3,5-triazina.

Figura 7

Características y propiedades generales:

Color rojizo o castaño. Alto punto de reblandecimiento Escasa fluidez Insolubles en los disolventes comunes Resistencia a los álcalis Bajo factor de pérdidas a alta frecuencia Excelente resistencia al aislamiento Rigidez dieléctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Disolvente

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcali


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C. Resinas de epóxido (EP)

• Las resinas de epóxido densidad 1,2 kg/dm3 son resinas sintéticas, endurecibles, de un producto acetilénico y una clase de fenol.

Figura 8

• Las resinas de epóxido son resistentes a los ácidos y las lejías. Hay resinas de epóxido, que tras la adición de un endurecedor endurecen al calor y resinas que endurecen a la temperatura ambiente («en frío»). La máxima temperatura de trabajo continuado es de 120 a 150°C.

• Esas resinas se adhieren extraordinariamente bien a casi todos los materiales, especialmente a los metales y se las considera por esta razón comprendidas entre las mejores resinas adhesivas para los trabajos con metales.

• Disueltas en acetona dan origen a lacas o barnices que aplicados ya sea solos o ya mezclados con barnices de fenol o de urea y sometidos a temperaturas de 150 a 200 °C para su endurecimiento constituyen lo que se llaman barnices al fuego y forman capas protectoras muy resistentes al arañado.

Tiene múltiples aplicaciones

Pinturas. Adhesivos. Materiales compuestos. Sistemas eléctricos y electrónicos.

D. Resinas de poliéster (UP)

• Las así llamadas «resinas de poliéster no saturadas» (densidad 1,3 kg/dm3 ) son derivados de alquitrán de hulla y estirol. Son materiales sintéticos incoloros y transparentes. Las resinas pueden ser coloreadas a voluntad.

• Con resinas de poliéster no saturadas mezcladas con fibra de vidrio (densidad 1,8 kg/dm3) se fabrican placas onduladas transparentes para cubiertas y recubrimientos de balcones, así como cascos para embarcaciones y carrocerías para coches.


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4. ELASTÓMEROS

• El comportamiento elástico, como de goma, de los materiales que hemos llamado elastómeros hay que relacionarlo con el reticulado suelto de sus macromoléculas filiformes. Ese reticulado se provoca en el caucho natural y en el sintético mediante vulcanización con azufre.

• Trabajada el empleo de herramientas de acero rápido o de metal duro.

a. Caucho sintético (caucho artificial, goma artificial)

• Las principales clases de caucho sintético son las conocidas comercialmente con los nombres de Buna y Perbunan.

• La Buna es un polímero mixto de butadieno, que es un gas obtenido del petróleo o del gas natural, y de estirol.

• La Perbunan es un polímero mixto de butadieno y de acrilnitrilo.

• Su estructura molecular es parecida a la del caucho natural tienen, por lo tanto, estos materiales propiedades parecidas a los del caucho natural.

• En cuanto a resistencia al calor y al envejecimiento son superiores al caucho natural.

• El Perbunan es especialmente resistente al ataque del aceite y la bencina 7 (importante en el caso de juntas). Es desventajoso en todas las clases de caucho sintético su olor persistente y desagradable.

• Empleo: El caucho sintético se emplea, como el natural, para piezas de goma blanda y dura, sobre todo para juntas radiales, membranas, mangueras de agua y neumáticos para ruedas de vehículos.

b. Poliuretanos de estructura reticulada (PUR)

• Los materiales sintéticos poliuretánicos se forman por poliadición de un derivado del benzol (poliisocianato) y un poliéster.

• Las propiedades de las diferentes clases de poliuretanos se producen como consecuencia del diferente grado de reticulado de su estructura, lo que depende de la proporción en que entren ambos componentes.

• Empleo.- Materiales espumosos elásticos de PUR en forma de esponjas, guantes lavables, bases de alfombras, rellenos de almohadas y colchones; materiales espumosos duros a modo de material de relleno para huecos, constituyendo aislantes para el calor y, el sonido; materiales macizos en la construcción de máquinas y de coches. Además como pegamento (de dos componentes) para metales y otros materiales, como barniz de dureza vítrea, para sellado de suelos de madera.


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ANOTACIONES: .............................................................................................................................

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