Tema 11: Materiales poliméricos: Plásticos.

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1 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 ARQUITECTURA Curso Escuela Técnica Superior de Arquitectura.

2 Objetivos Docentes: Conocer la estructura y propiedades tecnológicas de los materiales poliméricos artificiales. Conocer los plásticos utilizados en construcción, sus tipos, procesos de fabricación, productos y compuestos, normativa, designación y aplicaciones.

3 Materiales poliméricos Pueden ser naturales (celulosa) o artificiales (sintéticos). Constituidos por polímeros (estructura polimérica). Son macromoléculas (cadenas poliméricas) formadas por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros. Formados por enlaces covalentes y enlaces secundarios. n n 1 MONOMERO 2 DIMERO 3 TRIMERO > 20 POLIMERO El proceso de unión se llama polimerización. Las cadenas pueden ser de Carbono (orgánicas) o de Silicio (inorgánicas, como la silicona).

4 Reacciones de polimerización Para que un monómero polimerice, es necesario que disponga de (al menos) dos enlaces activos. Así, puede reaccionar con otros dos monómeros y constituir una cadena. La activación del enlace se produce por la presencia de un activador o de un catalizador. Hay dos formas principales de polimerización: Por adición: reacción en cadena de monómeros (el polímero resultante es la suma de los monómeros). Por condensación: reacción por etapas en la que se combinan dos monómeros desprendiendo otra sustancia.

5 Tipos de polímeros Homopolímeros: Todos los monómeros que los constituyen son iguales. Copolímeros: Están formados por 2 o más monómeros diferentes.

6 Copolímeros: Tipos Copolímero aleatorio: Está formado por una disposición aleatoria de dos ó más monómeros. Copolímero en bloques: Tiene bloques de monómeros del mismo tipo. Copolímero de injerto: Poseen una cadena principal de un solo tipo de monómero con ramas de otros monómeros.

7 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.

8 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 forma original cuando cesa la fuerza que la provoca. Plásticos: polímeros que, bajo condiciones apropiadas de presión y temperatura, pueden ser modelados. Tienen mayor rigidez que los elastómeros. Actualmente, contienen aditivos y adiciones que modifican sus propiedades (físicas y mecánicas). (Con un polímero pueden hacerse plásticos diferentes)

9 Materiales poliméricos elastómeros Tienen una estructura reticulada débil. Este tipo de estructura es la causa de la memoria de forma de los elastómeros (comportamiento elástico): Las cadenas pueden separase aplicando una fuerza. Una vez que la fuerza cesa, las cadenas vuelven a su posición original y el material recupera su forma.

10 Plásticos Los plásticos son materiales poliméricos artificiales que pueden 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 al polímero otras sustancias (aditivos y adiciones).

11 Tipos de plásticos Por su sensibilidad a la temperatura, se distinguen: Termoplásticos: Están formados por cadenas lineales unidas por enlaces débiles (estructura amorfa o semicristalina). Se funden con el calor (rotura de enlaces secundarios). Algunos se pueden reticular parcialmente (rigidización) Termoestables: Formados por cadenas unidas por enlaces covalentes (estructura reticulada). No se ablandan con el calor (arden). Son rígidos y no se pueden soldar.

12 Estructura de los polímeros termoplásticos Es principalmente amorfa (vítrea), aunque en algunas zonas se pueden formar estructuras cristalinas. Esta estructura se denomina semi-cristalina: Estructura vítrea (cadenas enrolladas) Estructura cristalina (cadenas apiladas) Estructura de un termoplástico semi-cristalino

13 Estructura de los polímeros termoestables Se forman cadenas que se enlazan entre sí, mediante enlaces primarios de tipo covalente. Forman estructuras poliméricas reticuladas: Polimerización de un epóxido (termoestable)

14 Comportamiento térmico de los polímeros Las propiedades de los polímeros dependen de la temperatura. Al aumentar la temperatura se descomponen los enlaces secundarios (débiles) que unen las cadenas. A una cierta temperatura, dejan de comportarse como sólidos elásticos y se comportan como una goma (Temperatura de Transición Vítrea). A una temperatura mayor, los termoplásticos se funden en forma de líquido (Temperatura de Fusión). Los termoestables no tienen TF (se descomponen). Cuanto mayor es el grado de cristalización, la TTV y la TF están más cercanas.

15 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. Tienen baja resistencia mecánica. Se pueden colorear el masa (pigmentos). Son combustibles y desprenden gases tóxicos. Tienen una durabilidad limitada: sufren envejecimiento por acción de los rayos UVA y los agentes atmosféricos Son incompatibles con algunos materiales (pe. betunes)

16 Tipos de plásticos utilizados en construcción Los plásticos son materiales poliméricos que se pueden conformar. Termoplásticos: Termoestables: Polietilenos (PE) Polipropilenos (PP) Cloruros de polivinilo (PVC) Poliestirenos (PS) Polimetilmetacrilatos (PMMA) Policarbonatos (PC) Formaldehidos Fenólicos (FF) Melaminas (MF) De Urea (UF) Poliuretanos (PU) Epóxidos (PX)

17 Fabricación de materiales plásticos El proceso consta de cuatro etapas: 1. Materias primas: se fabrican a partir de productos orgánicos 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 produzca el entrecruzamiento de las cadenas.

18 Técnicas de conformación de plásticos Se distinguen dos grupos principales: Conformación continua: se obtienen productos de sección constante que se cortan posteriormente. Técnicas: Extrusión, calandrado. Conformación discontinua: se obtienen piezas de dimensiones fijas. Técnicas: Soplado, inyección y compresión. Espumado: Se incorporan agentes aireantes en el proceso de fabricación que aligeran el producto. (Permite utilizar técnicas continuas y discontinuas)

19 Técnicas de conformación de plásticos Conformación continua: se obtienen productos de sección constante que se cortan posteriormente. Técnicas: Extrusión: hacer pasar el plástico fundido por una boquilla que determina la forma final del producto Calandrado: para fabricar láminas de plástico. El plástico caliente pasa por la calandradora (sucesión de rodillos que aplanan el plástico). Conformación discontinua: se obtienen piezas de dimensiones fijas.

20 Técnicas de conformación de plásticos Conformación continua: se obtienen productos de sección constante que se cortan posteriormente. Conformación discontinua: se obtienen piezas de dimensiones fijas. Técnicas: Soplado: El plástico se introduce en un molde, donde por un tubo se introduce aire a presión, dándole forma hueca al plástico, que adopta la forma de las paredes del molde. Inyección: En una máquina similar a la usada en la extrusión, se introduce el plástico, que en vez de salir por una boquilla, es metido a presión en un molde, donde se enfría y adquiere la forma final. Compresión: El plástico se coloca molde de acero, que se calienta, para que se vuelva pastoso el plástico. Se aplica presión con una prensa hidraúlica y el plástico adquiere la forma deseada.

21 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 al aire (por acción de un activador o curado térmico). Fibras: para tejidos o refuerzo de matrices (composites) Materiales compuestos: Plásticos reforzados, laminados y paneles sándwich.

22 Plásticos reforzados con fibras (composites) Los composites son materiales compuestos reforzados. Constan de una matriz y un refuerzo en forma de fibra. Las matrices pueden ser poliméricas, metálicas o conglomeradas. Las fibras pueden ser metálicas, de vidrio o poliméricas. Pueden ser largas o cortas y su distribución en la matriz orientada o aleatoria. Los plásticos reforzados con fibras (FRP) mejoran sus propiedades mecánicas. Las fibras más habituales son de vidrio (GRP).

23 Orientación de las fibras en composites

24 Refuerzos con fibras (composites)

25 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 y registros, canalizaciones, encofrados, coquillas de aislamiento y cubiertas de conductores. Impermeabilización y barreras de vapor: Láminas flexibles incluidas en sótanos, cerramientos y cubiertas. Aislamiento térmico: Polímeros espumados en forma de placas (poliestireno) o proyectados en forma líquida (poliuretano y espumas fenólicas).

26 Aplicaciones de plásticos en construcción

27 Aplicaciones de plásticos en construcción

28 Aplicaciones de plásticos en construcción

29 Aplicaciones de plásticos en construcción

30 Normativa de productos plásticos En aplicaciones vistas, deben cumplir con la normativa contra-incendios DB-SI (son combustibles). Los aislantes deben cumplir las Condiciones térmicas (DB-HE) y acústicas (DB-HR) Los productos para instalaciones deben cumplir los Reglamentos de Instalaciones (REBT, RITE, ) Distintivos de calidad: Sello INCE, Marca AENOR Algunos productos requieren de marcado CE para su comercialización en la UE: Productos para Aislamiento térmico ( EPS, PU, FF) Productos para instalaciones hidráulicas y eléctricas

31 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..

32 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

33 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, 1998.