plÁsticos 1 [modo de compatibilidad]

8/17/2019 PLÁSTICOS 1 [Modo de Compatibilidad]

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ásticos

Tecnología deMateriales II

Plásticos - Estudio de Materiales I

Referencia Histórica

Los plásticos aparecen en el siglo XIX, cuando Bayer,en 1859, obtiene una masa pastosa y traslúcida de aspectoresinoso al hacer reaccionar formol y fenol.

Posteriormente a comienzo del siglo XX, Backelandconsiguió las primeras patentes para moldear productosplásticos con calor y presión a base de la resina descubiertapor Bayer mezclando con aserrín.

El gran avance de la Industria del Plástico se da enlos años 30 y 35 del siglo pasado donde se desarrollan losplásticos llamados termoplásticos y con las necesidades de

la guerra, las investigaciones logran obtener el polietilenoque por sus características aislantes permitió la instalacióndel radar en los aviones de combate.

Veamos entonces qué son los plásticos.



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¿Qué son los plásticos?

Son tres las áreas completas de materiales:

1.- Metales: acero, cobre, hierro fundido, etc..2.- Cerámicos: vidrio, ladrillo, cementos, etc..3.- Plásticos y otros polímeros mayores: polietileno, caucho,etc..

Las diferencias de cada grupo radica básicamente en eltipo de enlace entre átomos y grupos de átomos:

• Metales: Enlace metálico (ductilidad, alta conductividad e-léctrica)

• Cerámicos: Enlaces iónicos y covalentes (gran dureza, frac-tura frágil, alta resistencia eléctrica)• Plásticos: Enlace covalente e Intermoleculares de Van der Waals (resinas termoplásticas y termoestable)



• Plásticos: Enlace covalente e Intermoleculares de Van der Waals (resinas termoplásticas y termoestable)

Enlaces covalentes: son losenlaces en los cuales los áto-mos del mismo elemento (co-mo el carbono C) o de diferen-tes elementos, comprarten loselectrones de la última órbita,dando como resultado un enla-ce fuerte.

Fzas. de Van der Waals:enlaces secundarios entremoléculas debido primor-dialmente a la atracciónentre las cargas, esta a-tracción se debe a la dis-tribución asimétrica de lascargas más que a enlacesprimarios. Se atraen lasmoléculas no los iones.



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¿Qué son los plásticos?Algunas definiciones:

Mero: Unidad de pocos átomos que se une con otros para formar unpolímero. Ej. de mero o monómero: etileno C2H4

Polímero: Moléculas formada por grupos estructurales repetidos omeros semejantes. Ej. el polietileno está formado por gruposR – CH2 – ... – CH2 – R

Copolímero: Moléculas formada por grupos estructurales repetidos omeros diferentes. Ej el poliacetatocloruro de vinilo, los meros dife-rentes son: cloruro de vinilo (C2H3Cl) y el acetato de vinilo (C3H6O2)

Polimerización por adición: enlace entre monómeros semejantes odiferentes al eslabonar en posiciones funcionales sin la formación deproductos de condensación. También se llaman polimerización por reacción en cadena o lineales, son de reacción rápida.

Polimerización por condensación: o reacción por etapa, enlace entreunidades de repetición y la reacción genera un subproducto tal comoH2O, NH3. Ej. el fenol más formaldehído da resina fenol-formaldehídomás agua


La estructura central de un plástico es la ca-dena de átomos de carbono C.

El carbono tiene 4 electrones en la capaexterior, generando una valencia de 4. Con cadaelectrón se puede formar un enlace covalente aotro átomo de carbono o a un átomo de otroelemento.

En la estructura de cada polímero, 2 átomos

de carbono puede tener 1, 2 ó 3 enlaces comunes,es decir, que comparten 1, 2 ó 3 pares de elec-trones, o unirse a otros átomos.




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Croquis simplificado de los electrones del

Carbono

Electrones de valencia (4)


Ejemplo:

Monómero Notación abrev.

C2H5Cl

H H

H C C HH Cl

C2H6

H H

H C C H

H H(Etano)



Ejemplos:

H H

H C C H

H H

Enlace sencillo

Etano

H H

C C

H H

Enlace doble

Etileno

H C C H

Enlace triple

Acetileno



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Químicamente, los plásticos están formados por macro-moléculas orgánicas cuyas propiedades prácticas son mejora-das por la adición de diversos aditivos, tales como,plastificantes, cargas, colorantes, etc.

Distinguimos dos tipos de macromoléculas, ya que susdiferencias dan origen a una de las clasificaciones más frecuen-tes de los plásticos:

1.- Macromoléculas lineales

2.- Macromoléculas tridimensionales

Plásticos - Estudio de Materiales II


1.- Macromoléculas lineales

2.- Macromoléculas tridimensionales

Cadena formada por átomos de carbono, cuyos centrosforman una línea quebrada en zig-zag. Provienen de la conso-lidación de dos moléculas, llamadas monómeros que se abren yvan creciendo para formar el polímero o macromolécula. Éstaspueden llegar a estar formadas por 10.000 átomos.

En este caso la cadena se desarrolla en tres dimensiones

y se inicia por tres meros, dando origen a una única molécula gi-gante, aquí solo hay enlaces covalente, por lo que son más fuer-tes y duros que los lineales. Ej.: la baquelita.



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Las macromoléculas de los plásticos están compuestas por:

• Carbono: que se obtiene de la madera, algodón, petróleo, etc.

• Oxígeno: del aire

• Cloro: de la sal común

• Silicio: de la arena

• Hidrógeno: del agua


Diremos que es todo mate-rial orgánico o sintético fácil-mente deformable por plastici-dad bajo la influencia de la pre-sión o la temperatura o de am-bas, en una cierta etapa o estado

de transformación, aunque, elproducto final haya perdido todasu plasticidad.




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Clasificación

Por su obtención

Por su estabilidadcon la temperatura

Orgánicos

Sintéticos

Termoplásticos

Termoestables


Son los obtenidos partiendo de pequeñas moléculaspor medio de dos procedimientos básicos: la polimerización yla policondensación

Clasificación

Plásticos orgánicos

Son aquellos que se obtienen a partir de macromolé-culas extraídas de sustancias animales o vegetales y sometidosa tratamientos especiales, que a veces consiste en una simplepurificación. Ej.: seda, celulosa, caucho, látex, etc..

Plásticos sintéticos



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Son los que se ablandan por efecto de la temperatura, selos moldea y luego se los enfría. Se pueden calentar nueva-mente para ablandarlos y remoldearlos repetidas veces.

Esto se debe a que, por efecto de la temperatura hay unaumento de la movilidad entre moléculas, provocándose la rup-tura de los enlaces laterales (no los covalentes entre átomos).

Este tipo de plásticos están formados por macromo-léculas lineales y pocas veces por las tridimensionales pero de

pequeñas dimensiones.

Clasificación

Termoplásticos


Entonces, la característica principal de los termoplás-ticos es el del fenómeno de reversibilidad, por calentamientose funde el material, se vuelve a moldear y se puede repetir ungran número de veces.

La temperatura debe ser controlada, pues de lo con-trario puede alterarse el compuesto.

Clasificación

Termoplásticos

• polietileno

• poli estireno

• P.V.C.

• polipropileno• poliamidas (nylon)

Ejemplos: Polímeros tales como:



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Son los que por efecto del calor y la presión se puedenmoldear, pero una vez enfriados, ya no se pueden remoldear.O sea, el proceso es irreversible.

Este tipo de plásticos están formados por macromo-léculas tridimensionales, que completan su formación por efecto de la temperatura.

Clasificación

Termoestables (o Termoendurentes)

• resinas fenólicas• resinas epoxi

• resinas ureicas

• resinas melamínicas• siliconas

Ejemplos de termoestable: las resinas y siliconas:


¿Qué son los aditivos?Las macromoléculas raramente son empleadas solas, y las

características de ellas son mejoradas por la adicción de ciertassustancias llamadas plastificantes y cargas.

Plastificante:

Son productos que se agregan a los termoplásticos paramejorar su fluidez en caliente o su flexibilidad en frío.

Deben tener volatilidad baja para evitar la evaporación fácil(ebullición > t = 200 ºC) y el efecto disolvente con el producto aplastificar.

Generalmente se coloca un 10 a 20 % de plastificante yactúa, separando las moléculas, debilitando los enlaces laterales ymejorando el movimiento.

Otras veces actúa por interposición espacial gracias a undisolvente que las hincha y después se evapora.



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Cargas:

¿Qué son los aditivos?

Son productos asociados generalmente con los termo-estables y pocas veces con los termoplásticos.

Este aditivo tiene dos objetivos principales:1.- Reducir el costo del material2.- Mejorar sus características, especialmente las mecánicas

Su proporción puede alcanzar hasta un 90 % de la masadel producto final. Puede ser de origen animal, vegetal o mi-neral. Damos algunos ejemplos:

Grafito: negro de carbónSílice: cuarzo, caolín, talco, mica

Madera en polvo: aserrínFibras vegetales: algodón, sisal en forma de copo o tejidos

CARGA RESISTENCIA AL CHOQUE

Aserrín 1

Algodón en polvo 2

Algodón desmenuzado 3

Algodón recortado 4

Elemento trenzados 18-25


Colorantes: son pigmentos minerales (óxidos de hierro, cromo,étc.) u orgánicos que le confieren color. Los colorantes cuandoson solubles son transparentes, los plásticos son los menosusados.

Catalizadores: actúan en la activación de la macromolécula (harinade trigo).

Estabilizadores: Impiden el envejecimiento con el transcurso deltiempo, por efecto de la luz, la temperatura u oxígeno del aire.

Lubricantes: se usan para facilitar el desmolde, se incorporan a la

masa o se pintan los moldes.Fungicidas: Algunos plásticos pueden ser atacados por hongosmicroscópicos, tanto las macromoléculas como los aditivos.Entonces se pueden agregar a la masa o pintarse en forma debarniz, algunos fungicidas.

¿Qué son los aditivos?Otros aditivos:



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La transformación consiste en dar al plásticouna forma, consistencia y propiedades deseadas.

Los plásticos en forma de polvo o finamente dispersos,se mezclan con cargas, estabilizadores y plastificantes. Las mez-cladoras alimentan las máquinas transformadoras.

En los termoplásticos, la elevación de la temperaturasirve para la conformación. Generalmente el tiempo en el moldees breve y se desmolda en frío. Se agregan plastificantes parapoder elevar la temperatura sin problema de descomposición.

En los termoestables, la materia introducida es tal que la

red tridimensional es incompleta. La conformación y el endu-recimiento son simultáneos. El tiempo que permanece en elmolde es tal que permite que la policondensación se complete yque pueda desmoldarse en caliente.

¿Qué se entiende por transformación?


1.- Moldeo por compresión: Generalmente se opera con baja

presión (300 kg/cm2) con el fin de asegurar un buen llenado y

evitar la formación de burbujas de gas o de vapor de agua. Se

emplea principalmente en el caso de los termoestables.

Se precalienta el molde a 100 ºC.

Procesos de trasformación



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2.- Moldeo por inyección: se aplica a los termoplásticos. Lamateria a moldear se introduce por una tolva a un cilindro pre-calentado a 200 ºC. Se empuja con un émbolo a una presiónde 1000 kg/cm2. El molde luego se enfría si es termoplástico ose calienta sí el termoestable. Se usa para piezas pequeñas.



3.- Moldeo por extrusión: Es una variante del moldeo por inyección. El pistón es sustituido por un tornillo sin fin y lamateria, siempre termoplástica, fluye por una tobera o boqui-lla. Se fabrican perfiles, aros, hilos, tubos, hojas, etc.




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4.- Calandrado: Se usa para laminar plásticos, especialmenteel poli-cloruro de vinilo (P.V.C.) y el caucho. La separación delos cilindros da el espesor de la lámina



5.- Fabricación de hilos: se hace pasar la materia fundida oen estado de solución a través de un orificio muy fino. A lasalida de los hilos, son estirados para aumenta su resis-tencia mecánica

6.- Conformado: Consiste en cambiar la forma del termo-plástico por plegado, embutido, insuflado, etc., gracia a unadébil presión y elevación de la temperatura.

7.- Estratificación: Consiste en impregnar con una resinatermo-estable una armadura que puede ser: papel; lámina demadera; amianto; vidrio; tejido de fibras diversas; etc.; yluego prensarla que puede ser a alta presión (30 kg/cm2)

usadas en piezas de la industria mecánica y electricidad.




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Los plásticos pueden mecanizarse, los termo-establessólo por matrizado o mecanizado, mientras que los termo-plásticos por deformación en caliente. Incluso sus virutas sonrecuperables.

Los plásticos pueden grabarse y mecanizarse por galvanizado, por vía química o por proyección catódica envacío.

Esto se realiza por medio de tornillos, pernos, tuercas,empalmes o encolado. Se usa la soldadura sin aporte de ma-terial reblandeciendo por temperatura los bordes y ejerciendouna presión.

Para encolar plásticos se usa una cola que es unasolución del mismo plástico o de su monómero

Mecanización de los plásticos

Ensamblado de los plásticos


1.- Peso específico: varía de 1 a 1,7 kg/dm3 y aumenta unpoco con el grado de polimerización.

2.- Color: Varía del blanco de carbono pero se consiguentodos los colores con el agregado de aditivos.

3.- Ópticos: Algunos son transparentes frente a la luz visible,otros a los ultravioletas, otros a los infrarrojos. Algunosplásticos presentan el efecto de doble refracción.

4.- Propiedades eléctricas: Son buenos aislantes. Se los usastanto en baja como en alta tensión.

5.- Propiedades térmicas: son buenos aislantes térmicos, deallí que se los usan para tal fin.

Propiedades de los plásticosPropiedades Físicas



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6.- Fusión: no está determinado el punto de fusión sino quehay un intervalo de reblandecimiento tanto más extensocuanto mayor es la cadena. Los termoplásticos tienen puntode reblandecimiento entre 100 y 150 ºC. La fusión se producecuando se rompen los enlaces entre las moléculas.

Los termoestables solo tienen fusión si la sustanciano ha completado su evolución química. Después de la fu-sión si subsiste la temperatura se endurece.

Propiedades de los plásticosPropiedades Físicas


1.- Elasticidad: En general a la tracción presenta una elas-ticidad análoga a los metales. Es debida a la fuerza entre mo-léculas. No supera el 4 %.

Los elastómeros (caucho) en cambio pueden estirarseun 1000%. La reversibilidad es imperfecta.

Propiedades de los plásticosPropiedades Mecánicas

2.- Plasticidad: Característica de los termoplásticos y aumen-ta con la temperatura (10 a 100 %). No así los termoestables,que poseen enlaces covalentes y de esta manera son frágiles(0.7 %).



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3.- Resistencia a la rotura: es muy variada y en el caso dehilos, puede ser superior a la del acero dulce. Esto se debe aque durante el estirado se orientan las macromoléculas. Amayor polimerización mayor resistencia. Las moléculasramificadas dan menores resultados.

4.- Rozamiento interno: poseen un alto coeficiente de roza-miento interno, por lo que las vibraciones se amortiguan ensu seno. Se usan para evitar la resistencia en piezas some-tidas a compresión periódica.

Propiedades de los plásticosPropiedades Mecánicas


Como toda sustancia orgánica, se descompone atemperatura entre 100 y 300ºC. Algunos polímeros inician ladespolimerización hasta volver a monómeros.

Propiedades de los plásticosAcción del Calor

Excepto los plásticos a partir de nitrato de celulosa,los plásticos arden difícilmente. Algunos pueden ser infla-mables. Esto en algunos casos constituye una ventaja y enel caso de la basura, un gran problema.

Combustión



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Propiedades de los plásticos

TermoplásticoNombre

tracción Alargam.HR

Pe Aplicacionestípicaskg/cm2 % kg/dm3

Polietileno

alta densidad280 15 a 100 40 0.95

Láminas trasparentes,

botellas, etc.Polietileno

baja densidad140 90 a 800 10 0.92

Polipropileno 350 10 a 700 90 0.91Láminas, tubos,

cubiertas

Teflón 180 100 a 350 70 2.13 Art. Químicos, sellos,

cojinetes, empaques

Celulósicos 140 a560

5 a 40 115 1.25 Fibras, películas,revestimientos,

explosivos

Policarbonatos 630 110 118 1.2 Piezas para máquinas


Propiedades de los plásticos

TermoestableNombre

tracción Alargam.HR

Pe Aplicacionestípicaskg/cm2 % kg/dm3

Fenólicos 530 0 125 1.40 Equipo eléctrico

Urea melanina 490 0 115 1.50Platos de mesa,

laminados

Poliésteres 280 0 100 1.10Fibra de vidrio,

revestimientos

Uretanos 350 0 -- 1.20Lámina, tubos,

espuma, fibras

Siliconas 250 0 89 1.75Empaques, adhesivos,

eslastómeros

Epóxidos 700 0 90 1.10 Adhesivos, fibra de

vidrio, revestimientos

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