Tema 9: Materiales poliméricos: Plásticos. 1. Microestructura y propiedades de los materiales poliméricos. 2. Los plásticos: tipos. 3. Comportamiento térmico de los plásticos. 4. Procesos de fabricación y conformación. 5. Productos plásticos para construcción. 6. Normativa y aplicaciones.. MATERIALES II Curso 2015-2016. Ciencia y Tecnología de la Edificación. C. Guadalajara Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Materiales poliméricos Constituidos por polímeros (estructura polimérica). Formados por enlaces covalentes y enlaces secundarios. Pueden ser naturales (celulosa) o artificiales (sintéticos). 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).
Los polímeros Son macromoléculas (cadenas poliméricas) formadas por la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen como monómeros. n n 12 > 3 20 TRIMERO MONOMERO DIMERO POLIMERO El proceso de unión se llama polimerización. P. García Ruiz, U Murcia, (2005) Las cadenas pueden ser de Carbono (orgánicas) o de Silicio (inorgánicas, como la silicona). 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.
Tipos de polímeros Homopolímeros: Todos los monómeros que los constituyen son iguales. Copolímeros: Están formados por 2 o más monómeros diferentes. P. García Ruiz, U Murcia, (2005) 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. P. García Ruiz, U Murcia, (2005)
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. P. García Ruiz, U Murcia, (2005) 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
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. P. García Ruiz, U Murcia, (2005) 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.
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 Estructura cristalina (cadenas enrolladas) (cadenas apiladas) Estructura de un termoplástico semi-cristalino 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)
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. Comportamiento térmico de los termoplásticos Líquido Volumen específico Estado vítreo Estado cristalino Temperatura Estado de goma TTV TF P. García Ruiz, U Murcia, (2005) En En el un enfriamiento material amorfo, de un material a la TTV, hay cristalino un cambio hay en un la cambio pendiente brusco de en la el curva volumen del volumen al pasar específico por el punto frente de a la temperatura fusión
Comportamiento térmico de los termoplásticos 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)
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) Acrílicos (AC) De Urea (UF) Poliuretanos (PU) Epóxidos (PX) Propiedades de los materiales poliméricos Polietileno Cristalinidad (%) Densidad (gr/cm 3 ) P F ( C) Alta densidad 80 95 0,94 a 0,97 hasta 135 Baja densidad 50 75 0,91 a 0,93 105 110 Lineal de baja densidad 70 90 0,92 0,95 110 125 Polímeros Temperatura de fusión C Polietileno alta densidad 135 Polimetilmetacrilato isotáctico 160 policloruro de vinilideno 198 Nylon 66 265 Politetrafluoruro etileno (teflón) 327
Propiedades de los materiales poliméricos 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.
Técnicas de conformación de plásticos Se distinguen dos grupos principales: Conformación continua: se obtienen productos de sección constante que se cortan posteriormente. Técnicas: Extrusión e Hilado. Conformación discontinua: se obtienen piezas de dimensiones fijas. Técnicas: Inyección y Moldeado. Espumado: Se incorporan agentes aireantes en el proceso de fabricación que aligeran el producto. (Permite utilizar técnicas continuas y discontinuas) Conformación continua Hilado de fibras Extrusionado de láminas flexibles
Conformación discontinua Termo-moldeado Inyección Moldeado por aire 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.
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 (TEMA 10): Polímeros espumados en forma de placas (poliestireno) o proyectados en forma líquida (poliuretano y espumas fenólicas). Refuerzos mecánicos: Composites (matriz y fibras) Aplicaciones de plásticos en construcción
Aplicaciones de plásticos en construcción
Aplicaciones de plásticos en construcción Aplicaciones de plásticos en construcción
Normativa de productos plásticos En aplicaciones vistas, deben cumplir con la normativa contra-incendios DB-SI (son combustibles). Los aislantes deben cumplir las condiciones energéticas (DB-HE) y acústicas (DB-R) 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 Tema 9: Materiales poliméricos: Plásticos. 1. Microestructura y propiedades de los materiales poliméricos. 2. Los plásticos: tipos. 3. Comportamiento térmico de los plásticos. 4. Procesos de fabricación y conformación. 5. Productos plásticos para construcción. 6. Normativa y aplicaciones..
Glosario de conceptos del Tema Materiales poliméricos Comportamiento térmico Técnicas de conformación Polimerización Temperatura de fusión Conform. Continua Polímeros TTV Conform. Discontinua Tipos de polímeros Grado de cristalización Espumado Tipos de estructuras Propiedades plásticos Productos plástcicos Tipos de mat. Poliméricos Tipos de plásticos Plásticos rígidos Elastómeros Fabricación de plásticos Plásticos flexibles Plásticos Termoplásticos Termoestables Microestructuras Espumas Resinas Fibras Compuestos Bibliografía de consulta recomendada. Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería de los materiales, Ed. McGraw-Hill, 1998. Vigil Montaño, MR; Los plásticos como materiales de construcción, UNED, 2002 Dietz, A. G. H.; Plásticos para arquitectos y constructores, Ed. Reverté, 2003