Clases Principales de Polímeros

Transcripción

1 Clases Principales de Polímeros Termoplásticos ( p. ej. Polietileno) se reblandecen con calor( se les llama lineales; tienen rangos de pesos moleculares) Termoestables o resinas (Como la epoxi, se endurecen cuando se calientan juntos resina y endurecedor) Elastómeros o gomas ( ligas) Polímeros naturales Todos son largas moléculas con esqueletos de C unidas covalentemente, pero unidas entre sí por enlaces Van der walls o secundarios

2 Termoplásticos Se les llama LINEALES, son grandes cadenas Se suavizan al calentar( sus uniones son las Van der walls y secundarias, así que fluyen) Sus moléculas tienen rangos de pesos moleculares; sus empaquetamentos varían (amorfos, parcialmente cristalinos, no tienen Tf definido) Se forman añadiendo ( polimerizando) subunidades(monómeros)

3 amorfo

4 Termoplásticos ( continúa)

5 Termoestables o resinas Ejemplos los aditivos epoxy, matriz de la fibra de vidrio Se fabrican mezclando 2 componentes ( resina y endurecedor) que reaccionan y endurecen Estos polímeros tienen ligamentos cruzados son polímeros de RED ( a diferencia de los lineales) Estructura casi siempre amorfa. Al calentar se funden los ligamentos secundarios, el modulo E cae, los ligamentos cruzados no permiten una fusión o flujo viscoso, no se puede trabajar en caliente, se descompone a mayor temperatura

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7 Elastómeros Son polímeros casi lineales con pocos ligamentos cruzados en los que las uniones secundarias se hayan fundidas a temperatura ambiente. Los ligamentos cruzados son la memoria para recobrar su forma R puede ser H, CH 3, ó Cl

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9 La goma, la lana, la madera, la paja, etc

10 Algunas Características

11 Longitud molecular y grado de polimerización GP Ejemplo etileno Cuadrado = C Círculo Pequeño = H GP =# unidades monómero

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13 Gp= Número de monómeros en molécula ( macromeléculas) Rango de GP comerciales GP promedio. peso Molecular PROMEDIO= peso molecular de monómero x GP promedio Ej: C 2 H 4 ( PM = 28 )si GP promedio 10 4 Peso MOLECULAR PROMEDIO Mayoría de propiedades dependen de GP promedio

14 P( GP)dGP= fracción de moléculas con GP entre GP y GP + d(gp) OJO: No se tiene un solo valor de propiedades.

15 Arquitectura Molecular La tacticidad influye en propiedades

16 Arquitectura y características: ejemplos Lineales isotácticos y sindiotácticos: se pueden apilar, pueden formar cristales ( isotácticos incluso pueden ser electroactivos por el dipolo libre) Atácticos no se pueden apilar, forzados a tener menor densidad y no cristalinos Forma de prepararlos influye. Ejemplo polietileno: Método Ziegler ( preciso): da cadenas lineales y poca dispersion de longitudes Método ICI : ( tosco). Laterales se desprenden, hay ramificaciones, disminuye cristaliza ción. PE de baja densidad ramificado, baja cristalización. PE alta densidad, no ramificado, cristaliza 80% Cuando los radicales son diferentes, disposiciones regulares son difíciles, son amorfos como el PMMA

17 Comportamiento térmico genérico de polímeros semicristalinos T Tg-----Tc------Tm Sólido amorfo Viscoelástico----sólido cristalino liquido viscoso (ó cristal + amorfo) Tg = temperatura de transición vítrea Los enlaces secundarios se relajan Tc = Temperatura de transición cristalina Tm = temperatura de fusión

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22 Cristales de PEG CRISTALES DE PEG

23 Cristales de PEG

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27 COMPORTAMIENTO MECÁNICO Depende de : peso molecular y temperatura ( cercana o no a Tg); Se usa una temperatura T/Tg para graficar las propiedades. Dependen del tiempo de carga. Tienen comportamientos: frágil- elástico, plástico, viscolelástico ( de liga ó gomoso), y viscoso en un rango que se puede generalizar como de -20 o C a 200 o C.

28 Para polímero lineal amorfo O cueroso Temperatura ambiente significa diferente relación T /Tg para los diferentes polímeros

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30 Modulo de Young E Es una de las característica más importante para el diseño de productos con polímeros. Depende del tiempo de carga y de la temperatura ( ε incrementa) E = σ/ε(t, T) En estado vítreo: La carga estira los enlaces ( hay dos tipos de enlaces). Y la deformación es ε = f σ/e 1 +(1-f) σ/e 2 ) donde f = fracción de enlaces, por lo que E = σ/ε = { f/e 1 + (1-f)/E 2 } -1 La rigidez aumenta con la dirección de estiramiento ( fibras)

31 En la Transición vítrea: Módulo de Young Los enlaces secundarios se relajan y las cadenas deslizan, el módulo cae.

32 En el Estado vítreo:

33 En el Estado cueroso o gomoso: Al aumentar la temperatura Los polímeros lineales con GP 10 3 presentan mas deslizamiento Los de GP 10 4 se vuelven como ligas. Debido a nudos o ligamentos cruzados que les dan memoria para recuperar la forma.

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35 En el Estado viscoso: Los enlaces secundarios desaparecen. Regimen de líquidos viscosos. ( poise) A mas alta temperatura se descomponen

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39 Resistencia a la tensión Los procesos que limitan la resistencia: Fractura frágil Deformación en frío Bandas de cizalladura Fisuramiento (crazing) Flujo viscoso

40 Fractura Frágil abajo de.75tg σ = Kc / π a Si Kc = 1MPa m-1/2 a = 1-3 µ σ = aprox 100MPa

41 Deformado en frío 50 0 C bajo Tg

42 (Crazing) Fisuramiento Algunos polimeros que no se estiran a T ambiente sino a mayores, cuando se deforman a T ambiente, se fisuran ( crazing)

43 Bandas de Cizallamiento Para los polimeros que tienen crazing, en compresión se desarrola nas resistencia

44 Diagramas de resistencia para polímeros