Materiales Poliméricos. Materiales para el diseño 1 Alejandro Zuleta Gil

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1 Materiales para el diseño 1 Alejandro Zuleta Gil

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11 POLÍMEROS Polímeros naturales: Lana Cuero Seda Caucho Algodón Otros: Proteínas, enzimas, almidones, celulosa

12 POLÍMEROS Materiales orgánicos compuestos por cadenas moleculares muy largas, que están compuestas por unidades individuales llamadas monómeros. - Las estructuras atómicas de los polímeros pueden ser semicristalinas o amorfas. - Las unidades están agrupadas por enlaces de tipo covalente, mientras las cadenas están unidas por enlaces de Van der Waals.

13 Hidrocarburos Bajo puntos de fusión y de ebullición. Los enlaces covalentes en cada molécula son fuertes, pero entre las moléculas solo existen enlaces débiles de hidrogeno y de Van de Waals.

14 A temperatura caliente, es plástico o deformable, se derrite cuando se calienta y se endurece cuando se enfría lo suficiente.

15 NATURALES SEMISINTÉTICOS SINTÉTICOS LA SEDA LA LANA EL ALGODÓN Transformación de polímeros naturales NITROCELULOSA CAUCHO VULCANIZADO Por polimerización POLIAMIDA POLICARBONATO POLIESTIRENO

16 POLÍMEROS Moléculas poliméricas MACROMOLECULAS

17 POLÍMEROS Monomer Polímero

18 ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS MERO Subunidad que se repite en la cadena del polímero Moléculas simples (de una sola unidad) MONÓMERO Molécula de cadena larga formada por monómeros POLÍMERO

19 ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS ISOTÁCTICO SINDIOTÁCTICO ATÁCTICO Es la disposición donde todos los sustituyentes están en el mismo lado de la cadena. Material de excelente calidad Los sustituyentes están alternadamente a un lado u otro de la cadena. Material de calidad media. Los grupos están aleatoriamente a un lado u otro de la cadena. Material de calidad regular. ESTEREO-REGULARIDAD

20 C-C Distancia nm y formando un ángulo de 109

21 Politetrafluoroetileno (TEFLÓN) Cloruro de polivinilo (PVC) Polipropileno (PP)

22 Un polímero se denomina homopolímero si todas las unidades monoméricas de cadena son del mismo tipo. Cuándo son diseñadas por dos o mas unidades monoméricas este polímero es denominado copolímero. - Al azar - Alternado - En bloque - Injerto

23 ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS Los polímeros pueden ser cristalinos o amorfos

24 Ramificada Lineal Ramificada entrecruzada Reticulada tridimensional

25 Polímeros lineales - Las cadenas están unidas por fuerzas de Van der Waals - Ej: PE, PVC, Poliestireno (PS), Poli(metacrilato de metilo) (PMMA), Polihexametilnadipamida (Nylon).

26 Polímeros ramificados - Las cadena principal está conectada lateralmente con otras cadenas secundarias. - Estas cadenas secundarias son resultado de otras reacciones que ocurren durante la síntesis del polímero. - Los polímeros que forman estructuras lineales también pueden ramificarse.

27 HDPE LDPE Por que será Low density PE?

28 HDPE LDPE Las ramificaciones incrementan el volúmen y por lo tanto disminuye la densidad del material.

29 Polímeros entrecruzados - Las cadenas lineales adyacentes se unen entre si. - Estas cadenas secundarias son resultado de otras reacciones que ocurren durante la síntesis del polímero. - Con frecuencia, este entrecruzamiento se logra por la adición de átomos o moléculas que están enlazados de formas covalentes con las cadenas. - Ej: La vulcanización de caucho.

30 ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS

31 La cristalinidad es la consecuencia del empaquetamiento molecular de las cadenas por su atracción química. Depende de la composición química del monómero y del procedimiento seguido en la polimerización. Grado de cristalinidad: relación entre la parte cristalina y el polímero total. Ej. En el LDPE es del 55% y en el HDPE 92%. La cristalinidad afecta: densidad, transparencia, resistencia química, tg, y propiedades mecánicas del polímero

32 Polímeros reticulados Polímeros compuestos por unidades trifuncionales Estos materiales tienen propiedades mecánicas y térmicas específicas. Los polímeros epoxy y los fenol-formaldehído pertenecen a este grupo Baquelita

33 ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS Moléculas largas enredadas Moléculas largas entrecruzadas Moléculas largas entrecruzadas y enroscadas TERMOPLÁSTICOS TERMOESTABLES ELASTÓMEROS

34 PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS AISLANTES CONDUCTORES RESISTENCIA A LA TENSIÓN RESISTENCIA A LA TERMOFLUENCIA TENACIDAD BAJA PERMEABILIDAD REISISTENCIA A SOLVENTES

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37 POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS TERMOESTABLES ELASTÓMEROS POLIETILENO BAQUELITA NEOPRENO POLIPROPILENO POLIURETANO CAUCHO ACRÍLICO

38 Extrusión Materiales Poliméricos

39 Extrusión Materiales Poliméricos

40 Inyección Materiales Poliméricos

41 Inyección Materiales Poliméricos

42 Soplado Materiales Poliméricos

43 Soplado Materiales Poliméricos

44 Rotomoldeo Materiales Poliméricos

45 Rotomoldeo Materiales Poliméricos

46 POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS Son aquellos polímeros que se procesan a partir de la adición de calor. En estos polímeros no se presentan reacciones químicas en el momento de la formación de las piezas y pueden recalentarse muchas veces para volver al estado líquido y procesarse de nuevo.

47 POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS Materiales Poliméricos

48 Propiedades Materiales Poliméricos Pueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso. Son solubles en ciertos solventes. Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes. Buena resistencia al fenómeno de fluencia. Permiten una deformación plástica cuando son calentados. Deformación anormal que se produce en los cuerpos sólidos sometidos durante bastante tiempo a fuerzas permanentes.

49 POLÍMEROS TERMOESTABLES Son aquellos polímeros que se generan a partir de un proceso de curado. El curado es la generación del entrecruzamiento de las cadenas moleculares (polimerización) a partir de la adición de agentes químicos y de temperatura. En estos polímeros esta reacción es irreversible.

50 POLÍMEROS TERMOESTABLES Materiales Poliméricos

51 Los plásticos termoestables proceden de compuestos derivados del petróleo. Están formados por cadenas enlazadas fuertemente en varias direcciones. Al someterlos al calor, se vuelven rígidos, por lo que solo se les puede calentar una sola vez. En general presentan una superficie dura y resistente y son más frágiles que los termoplásticos.

52 Se endurecen al calentarse y no se ablandan al continuar calentando. Solo el calentamiento a temperaturas excesivamente altas causa rotura de estos enlaces entrecruzados y degradación del polímero. Al iniciar el tratamiento térmico se origina entrecruzamientos covalente entre cadenas moleculares contiguas. Generalmente son mas duros, resistentes que los termoplásticos y tienen mejor estabilidad dimensional. La mayoría de los polímeros entrecruzados y reticulados, son el caucho vulcanizado, los epoxi y las resinas fenolicas y de poliéster.

53 Sector enseres: elementos para batería de cocina, asas, mangos. Sector eléctrico: piezas para contador de la luz, relés, contactores, placa portabobinas, interruptores. Sector automoción: ceniceros, estatores, colectores. Sector construcción: armarios para contadores de agua, gas y luz, contenedores. Sector cosmético

54 POLÍMEROS ELASTOMÉROS Se denominan también cauchos. Son polímeros amorfos capaces de recuperarse de estados avanzados de deformación debido a la manera en que están estructuradas sus moléculas, enrolladas unas con respecto a las otras.

55 POLÍMEROS ELASTOMÉROS Materiales Poliméricos

56 Los elastómeros son macromoléculas elásticas. El termino de polímero elástico se puede cambiar a veces por goma. Los elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno y/o silicio. A temperatura ambiente las gomas son relativamente blandas y deformables. Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles.

57 Este tipo de plásticos se obtiene por vulcanización. Este proceso consiste en mezclar azufre y caucho a 160 ºC, lo que otorga a este material propiedades elásticas. Los elastómeros están formados por cadenas unidas lateralmente y plegadas sobre sí mismas; Cuando se aplica una fuerza, las cadenas se estiran, lo que da una gran elasticidad, adherencia y dureza.

58 La principal característica de los materiales elastómeros es la alta elongación o elasticidad y flexibilidad que disponen dichos materiales frente a cargas antes de fracturarse o romperse.

59 Pueden disponer de unas características o propiedades semejantes a los materiales termoestables o a los materiales termoplásticos, así pues podemos clasificar los materiales elastómeros en: Elastómeros termoestables: son aquellos elastómeros que al calentarlos no se funden o se deforman. Elastómeros termoplásticos: son aquellos elastómeros que al calentarlos se funden y se deforman.

60 Propiedades de los materiales elastómeros: No se pueden derretir, antes de derretirse pasan a un estado gaseoso Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes Generalmente insolubles. Son flexibles y elásticos.

61 Ejemplos y aplicaciones Goma natural : material usado en la fabricación de tacones y suelas de zapatos. Poliuretanos : son usados en el sector textil para la fabricación de prendas elásticas como la lycra, también se utilizan como espumas, materiales de ruedas, etc...

62 Poli butadieno: material elastómero utilizado en las ruedas o neumáticos de los vehículos, dadas la extraordinaria resistencia al desgaste. Neopreno: trajes de buceo, también es utilizado como aislamiento de cables, correas industriales, etc... Silicona: se utilizan en la fabricación de chupetes, prótesis médicas, lubricantes, moldes, etc...

63 ELASTÓMEROS VULCANIZABLES Son aquellos elastómeros que requieren de un proceso de adición de azufre, presión y temperatura para que su microestructura pueda garantizar la recuperación elástica de las deformaciones. En la vulcanización los elastómeros generan también entrecruzamientos moleculares como los polímeros termoestables.

64 ELASTÓMEROS VULCANIZABLES Materiales Poliméricos

65 Degradación de polímeros Cambios en las propiedades fisicoquímicas causadas por reacciones químicas que involucran el rompimiento de enlaces de la cadena principal de una macromolécula (interacción con el ambiente).

66 Degradación de polímeros Agentes ambientales Polímero Procesos irreversibles Deterioro de propiedades Rotura tiempo

67 Degradación de polímeros Pueden ser debidos a su: Estructura física o química Impurezas Un material es mas resistente a la oxidación si es cristalino, pero el deterioro de las propiedades físicas es mayor que en uno amorfo

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69 Debilitamiento Fragilidad Hinchamiento Degradación Rompimiento Decoloración Disolución

70 Placa en sistema de transporte de fertilizante artificial Material: polietileno de ultra alto PM Fenómeno: decoloración y agrietamiento Ambiente: fertilizante no agresivo, 110ºC Causa: el PE sufre termoxidación a mas de 100ºC en presencia de O 2 Remedio: placas en material cerámico

71 Sección de tubería Material: PTFE (recubrimiento en acero) Fenómeno: difusión (ampollamiento) Ambiente: HCl (30%), trazas de tetracloruro de C, 105ºC Causa: condensación interna - degradación hidrolítica y por HCl (difusión) Remedio: emplear PTFE mejor tratado (mejor sellado y sinterizado)

72 Sello Material: látex (caucho natural) Fenómeno: agrietamiento Ambiente: atmósfera industrial Causa: Fotodegradación Remedio: emplear caucho de silicona que tiene mejor resistencia al deterioro atmosférico

73 Características de polímeros fotodegradados: Presencia de grietas o burbujas sobre la superficie Aumenta fragilidad Modificación del color Aumento de conductividad eléctrica Disminución de propiedades mecánicas

74 Anillo de sellado (O-ring) Material: caucho de silicona Fenómeno: agrietamiento por degradación química Ambiente: etanol + acetona + cetonas, 170ºC Causa: el material puede usarse hasta a 260ºC en aire, pero sólo hasta 140ºC en este ambiente Remedio: emplear PTFE (teflon)