MATERIALES POLIMERICOS

IBAN CHARRYJAVIER FERNANDEZ

CAMILO PUENTES OLAYA

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

NEIVA, 2014MATERIALES POLIMERICOS

IBAN CHARRYJAVIER FERNANDEZ

CAMILO PUENTES OLAYA

Presentado al profesor:ANTONIO MARQUEZ

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

NEIVA, 2014TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION

1. POLIMEROS

1.1. Termo Plástico 1.2. Plásticos Termo fijos

2. REACCIONES DE POLIMERIZACION

2.1. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno2.2. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno activada2.3. Pasos para la polimerización en cadena 2.3.1. Iniciación 2.3.2. Propagación 2.3.3. Terminación2.4. Funcionalidad de un monómero2.5. Estructura de los Polímeros lineales

3. MÉTODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACIÓN

3.1. Polimerización en suspensión  3.2. Polimerización en masa3.3. Polimerización en disolución 3.4. Polimerización en emulsión3.5. Polimerización en solución3.6. Polimerización interfacial

4. CRISTALINIDAD Y ESTEREOISOMETRIA DE TERMOPLASTICOS

4.1. Polímeros amorfos y cristalinos 4.2. Cristalización 4.2.1. Crecimiento de los cristales a partir de una masa fundida 4.2.2. Tipos de cristalización4.3. Que es un polímero amorfo?4.4 Que es temperatura de transición vítrea?

5. PROCESADO DE MATERIALES PLASTICOS

5.1. Procesos en Termoplásticos 5.1.1. Moldeo por inyección 5.1.2. Extrusión 5.1.3. Moldeo por soplado 5.1.4. Termoformado

5.2. Procesos en Termofijos 5.2.1. Moldeo por compresión 5.2.2. Moldeo por transferencia

INTRODUCCION

En la ingeniería los materiales plásticos pueden considerarse muy importantes por múltiples razones, tienen una amplia variedad de propiedades, de las cuales algunas son imposibles de obtener con cualquier otro material, y en la mayoría de los casos su costo es relativamente bajo. El uso de los plásticos en diseños de ingeniería ofrece muchas ventajas. Estos plásticos considerados como polímero, literal mente se puede decir que son “muchas-partes”, de esto se puede decir que un material polimérico sólidos, es el que tiene múltiples partes entrelazadas químicamente entre sí para formar un sólido.Podemos encontrar mucha variedad de polímeros donde su estructura y forma de enlazarse le van a dar sus propiedades físicas o su aspecto, los cuales pueden clasificarse entre plásticos termo fijos y termoplásticos.

1. POLIMEROS

Es una cadena larga de monómeros entrelazados entre sí de forma covalente para formar un sólido.

1.1. Termo Plástico

A los Termo plásticos son necesarios calentarlos para darle su forma, estos pueden volverse a calentar ciertas cantidades de veces antes de que pierda sus propiedades físicas y está compuesta por una cadena larga de átomos de carbono entrelazados entre sí de forma covalente, a veces también se pueden encontrar átomos de nitrógeno oxígeno y azufre enlazados en la cadena.

1.2. Plásticos Termo fijos

Estos plásticos adquieren una forma permanente por una reacción química por medio del proceso de polimerización reticular, los plásticos termo fijos no se pueden volver a fundir, ya que se degradan o descomponen cuando se calientan a una temperatura muy alta, y requieren calor para endurecer y formar un sólido rígido.

2. REACCIONES DE POLIMERIZACION

En la mayoría de los termo plásticos se sintetizan por medio del proceso de “Polimerización de crecimiento en cadena” de una forma covalente formando cadenas muy largas, donde un cadena larga formada a partir de unidades de monómero se denomina polímero.

2.1. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno

La molécula de etileno, C2 H4, está enlazada químicamente por un enlace covalente doble entre los átomos de carbono, y por cuatro enlaces covalentes sencillos entre el carbono y los átomos de hidrógeno, el etileno se considera una molécula instaurada por que posee uno mas enlaces dobles carbono-carbono.

2.2. Estructura del enlace covalente de una molécula de etileno activada

Cuando la molécula de etileno se activa de modo que el doble enlace que se encuentra entre los dos átomos de carbono se “abre”, el enlace covalente doble es reemplazado por un enlace covalente sencillo

Como resultado de la activación cada átomo de carbono de la molécula inicial del etileno tiene un electrón libre para formar un enlace covalente con otro electrón libre que provenga de otra molécula.

2.3. Pasos para la polimerización en cadena

Las reacciones para la polimerización en cadena de los monómeros, como el etileno, para formar polímeros lineales, como el polietileno, se pueden dividir en los siguientes pasos

2.3.1. Iniciación

Para la polimerización en cadena del etileno se pueden utilizar algunos tipos de catalizadores que actúan como indicador atrayendo átomos los cuales reaccionan en cadena, en esta situación se examina el uso de peróxidos orgánicos (sustancia química que contiene carbono, enlaces carbono-carbono) que actúan como formadores de radicales libres. Se usan estos peróxidos por que tienden a romperse fácilmente y forman radiales libres de esta forma:

Esto hace que sea muy útiles como iniciadores en los procesos de polimerización. Uno de los radicales libres formado por la descomposición del peróxido orgánico, puede reaccionar con una molécula de etileno para formar un nuevo radical libre de cadena más larga quedando de esta forma:

2.3.2. Propagación

Esta parte del proceso es el crecimiento de la cadena del polímero, lo que se conoce como adición sucesiva de unidades de monómero, donde el radical libre sigue abriendo la cadena para que siga el proceso de propagación creciendo de forma espontánea, de esta forma:

La cantidad de monómero en la cadena varía entre los distintos materiales plásticos lo cual se conoce como grado de polimerización o GP.

2.3.3. Terminación

La terminación puede ocurrir por la adición de un radical libre finalizador o cuando se combinan dos cadenas, la otra forma posible es que las cantidades insignificantes de impurezas finalicen el crecimiento de la cadena del polímero.

2.4. Funcionalidad de un monómero

Para que un monómero se polimerice debe haber cuando menos dos enlaces químicos activos para que formen una cadena larga o polímero lineal, cuando el monómero tiene más de 2 enlaces activos ocurre en más de dos direcciones, esto hace que se construye moléculas reticulares en 3 dimensiones.El número de enlaces activos en la cadena, se conoce como la Funcionalidad del monómero, cuando el monómero usa dos enlaces activos para la polimerizacion de cadenas largas lo denominan bifuncional, el etileno en un ejemplo de ellos. Pero cuando un monómero usa 3 o mas enlaces activos lo denominan trifuncional y se usa en la polimerización de fenol y formaldehído.

2.5. Estructura de los Polímeros lineales

La estructura en las cadenas largas de polímero adopta una configuración en zigzag debido al ángulo de enlace covalente, entre los enlaces covalentes sencillos carbono-carbono, si se examina microscópicamente.

En el caso de las largarlas cadenas moleculares, favorecen a la resistencia de este tipo de material polimérico, además en estas cadena se pueden formar ramas laterales lo cual provoca un empaquetamiento flojo de las cadenas moleculares y favorece una estructura no cristalina.

2.5.1. Homopolimeros

Son materiales que consisten en cadenas de polímeros formado por unidades sencillas que se repiten, esto significa que si A es una unidad que se repite, una cadena del homopolímero tendrá una secuencia de AAAAAAA… en la cadena molecular del polímero.

2.5.2. Copolimeros

Consiste en una cadena de polímeros formada por 2 o más monómeros que se repite y pueden estar distribuidos en distintas secuencias, aunque en la mayoría de los copo limeros los monómeros se encuentran dispuesto al azar. Se han identificado cuatro tipos distintos de copolímero:

-Aleatorio: Diferentes monómeros están dispuestos aleatoriamente dentro de las cadenas de polímero.

-Copolímeros alternantes: Diferentes monómeros muestran un orden definido alterno.

-Copolímeros de bloque: Diferentes monómeros en la cadena se encuentran dispuestos en bloques relativamente largos de cada monómero.

-Copolímeros injertados: prolongaciones de un tipo de monómero se injertan en la cadena larga de otro.

3. MÉTODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACIÓN

Hay muchos procesos diferentes donde se producen los materiales plásticos industrialmente. Se utilizan como materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de

polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvos, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados.Técnicamente las reacciones de polimerización pueden efectuarse de diferentes maneras según la naturaleza del monómero y la utilización que se vaya a hacer del polímero.De acuerdo a estas condiciones experimentales encontramos una clasificación general en:

3.1. Polimerización en suspensión  

La polimerización en suspensión es también llamada polimerización en perlas. La polimerización es heterogénea y el monómero y el iniciador son insolubles en agua que actúa como medio dispersarte. La polimerización ocurre dentro de las partículas en suspensión de 2-10 mm de tamaño medio, y que contiene el monómero y el iniciador. La velocidad de agitación determina el tamaño de las partículas.  Además el sistema cuenta con agentes tensión activos que mantienen separadas y no adheridas entre si las partículas y evitan su precipitación como perlas. También este efecto se mejora con la adición de un polímero hidrosoluble de peso molecular alto, por incremento de la viscosidad del medio. Sin embargo, estas ventajas se contraponen  a la dificultad para la purificación del polímero resultante. El monómero se dispersa en un medio acuoso, en gotitas relativamente gruesas (orden del milímetro), utilizándose como únicos agentes accesorios, un estabilizador, que impide la coalescencia de las gotitas y un agente tenso activo que regula su tamaño Al contrario de la polimerización en emulsión, el iniciador debe ser soluble en las gotas del monómero. Se utilizan principalmente peróxidos orgánicos y la polimerización no facilita la eliminación del calor desprendido. En el curso de la polimerización, la dimensión de las gotitas iniciales del monómero no cambia. La viscosidad de las gotas crece hasta que se hacen sólidas, más o menos elásticas, El polímero se presenta finalmente en forma de perlas fáciles de lavar y que retiene pocas impurezas debido a su pequeña superficie específica, es necesario sin embargo eliminar perfectamente el agente tensoactivo por medio de un electrolito fuerte.

3.2. Polimerización en masa

Esta es la técnica más simple,  homogénea, donde solo el monómero y el iniciador están presentes en el sistema. La iniciación inducida por efecto térmico o por radiactivo es la más económica y la que produce polímeros del mayor grado

de pureza. Esta reacción es difícil de controlar térmicamente debido a que es altamente exotérmica (genera calor de formación). Además el polímero desde el inicio de la reacción se torna muy viscoso, dificultando la agitación necesaria para unificar el calor en el líquido, evitando el calentamiento en determinadas zonas. Esta dificultad puede evitarse empleando inicialmente un pre-polímero  (mezcla de polímero y monómero). Producido a una temperatura más baja y que conduce a una baja conversión de monómero a polímero en condiciones moderadas. La polimerización se completa por calentamiento del pre-polímero en el momento previo a la polimerización. La polimerización en masa es muy usada en la fabricación de lentes plásticas amorfas debido a las excelentes propiedades  ópticas alcanzadas en las piezas moldeadas, sin presión, como en el caso del poli metacrilato de metilo (PMMA)El monómero líquido se polimeriza por la reacción del calor en presencia de un iniciador conveniente, pero en ausencia de disolvente. El medio reaccionante se hace cada vez más viscoso y puede solidificarse. Si partir de cierto grado de polimerización el polímero es insoluble en el monómero, se precipita.Este procedimiento proporciona polímeros muy puros, pero bastante polidispersos, ya que la masa al hacerse más viscosa dificulta la agitación y el calentamiento uniforme. Además, las reacciones de polimerización, al ser exotérmicas, producen aceleraciones que a veces toman carácter explosivo.Sin embargo, el método se emplea para obtener directamente el polímero con la forma de un molde. Con los monómeros de bajo punto de ebullición, la polimerización en masa se realiza en algunos casos, bajo presión, cómo en el caso del etileno que se lleva por encima de su temperatura crítica y es de hecho una polimerización en masa.

3.3. Polimerización en disolución

Esta polimerización requiere un disolvente para disolver al monómero y al iniciador y formar un sistema homogéneo. El solvente ideal debe tener un bajo costo, bajo punto de ebullición y de fácil separación del polímero. Finalizada la polimerización el polímero formado puede ser soluble o no en disolvente usado. La insolubilidad del polímero produce un barro que puede extraíble por filtración. Si el polímero es soluble se introduce un no-disolvente para provocar la precipitación en forma de fibras o polvo. La polimerización en solución tiene la ventaja de operar con una temperatura homogénea debido a la agitación sencilla del sistema, que evita el sobrecalentamiento. Sin embargo, el costo del disolvente y la lentitud de la reacción son inconvenientes. Esta técnica se utiliza cuando se desea aplicar la propia solución polimérica y se emplea mucho en poli condensación

3.4. Polimerización en emulsión

La polimerización en emulsión es una polimerización es una polimerización heterogénea en medio líquido que requiere una serie de aditivos con funciones especificas: *Emulsionante (generalmente un detergente) *Protectores *Reguladores de tensión superficial *Reguladores de polimerización (modificadores) *Activadores (agentes de reducción) El iniciador es soluble en agua, mientras que el monómero es apenas parcialmente soluble. Esto motiva el empleo del emulsionante tiene como objeto formar micelas de tamaño entre 1 mm y 1mm formadas por el monómero. Algunas micelas son activas, pues la reacción de polimerización ocurre dentro de ellas, mientras que otras son inactivas (gotas de monómeros), Siendo apenas una fuente de monómero. El progreso de la reacción provoca que las micelas inactivas sean consumidas por las activas que crecen formando gotas de polímero y finalmente el polímero solido. La velocidad de reacción y conversión es alta, y resulta sencillo el control de la agitación y a temperatura, Los polímeros obtenidos tienen  pesos moleculares grandes pero son de purificación compleja debido a la gran cantidad de aditivos. 

Presenta la gran ventaja de sustituir por agua los disolventes costosos utilizados como medio de dispersión. Los monómeros al ser generalmente insolubles en agua o muy poco solubles, se emulsionan con agentes emulsificantes, y eventualmente en presencia de coloides protectores, reguladores de pH y de un iniciador soluble en el medio acuoso.La iniciación de la polimerización está localizada en el medio acuoso y no en el interior o en la superficie de las gotitas del monómero. El crecimiento de las cadenas tiene lugar, muy probablemente, en el interior de las gotitas monómero-polímero. Incluso las reacciones de terminación se efectúan en ellas. Este será cedido al medio acuoso o a las gotas polímero-monómero a medida que el monómero se polimeriza. Efectivamente existe una disminución regular del volumen de las gotas del monómero, mientras que aumenta el volumen de las del polímero.El resultado de la polimerización es un látex, emulsión acuosa del polímero, que se puede emplear directamente para ciertas aplicaciones. Es posible, igualmente, evaporar este látex y obtener el polímero sólido, eventualmente en forma pulverulenta. La polimerización en emulsión ha tenido un gran desarrollo técnico, sobre todo para la preparación de ciertos elastómeros (copolimeros butadieno - estireno). Sin embargo, tiene el in conveniente de dar polímeros difíciles de separar de las impurezas, correspondientes a los productos que facilitan la emulsión, que se añaden inicialmente en cantidades bastante importantes en el medio reaccionante, y que forman capas absorbidas de los granos de gran superficie especifica.

3.5. Polimerización en solución

Permite realizar una reacción más regular. El polímero puede ser soluble en el disolvente o precipitar a partir de cierto grado de polimerización. En este último caso, la polimerización de la solución da polímeros con buena homogeneidad desde el punto de vista de los grados de polimerización. Este método exige sin embargo, una cantidad de disolvente bastante importan te, para limitar la viscosidad del medio. El disolvente debe ser eliminado enseguida del polímero y recuperado cuidadosamente para evitar un alto costo de fabricación. Este método tiene la ventaja de que se limita la temperatura de reacción con el punto de ebullición bajo, se obtienen polímeros de pesos moleculares muy elevados en el caso de polimerizaciones muy exotérmicas. Este tipo de polimerización se emplea sobre todo cuando el polímero final va a aplicarse en forma disuelta, como en el caso de adhesivos o barnices.

3.6. Polimerización interfacial

Aquí, la polimerización ocurre en la interface entre dos solventes inmiscibles, en que cada uno de los monómeros esta en unas de las fases. El polímero se forma en esta interface, luego se remueve a fin de permitir la continuidad de la polimerización. Este método es limitado a un pequeño número de polimerizaciones en etapas, debido a las condiciones de reacción necesarias

TIPO  VENTAJAS  DESVENTAJAS 

MASA Alto grado de pureza. Requiere equipos sencillos 

Control temperatura difícil. Distribución de peso molecular ancha 

SOLUCION 

Control de temperatura fácil. La distribución polimérica formada puede ser utilizada directamente 

El disolvente causa reducción en el peso y en la velocidad de reacción. Dificultades en la extracción del disolvente 

EMULSION 

Polimerización rápida Obtención de polímeros con alto peso molecular. Fácil control de la temperatura 

Contaminación del polímero con agentes emulsionantes y agua 

SUSPENSION Control de temperatura fácil. Obtención del polímero en forma de perlas 

Contaminación del polímero con agentes estabilizadores y agua. Requiere agitación continua 

4. CRISTALINIDAD Y ESTEREOISOMETRIA DE TERMOPLASTICOS

4.1. Polímeros amorfos y cristalinos

Debemos aclarar algo en este punto. La transición vítrea no es lo mismo que el fundido. El fundido es una transición que se manifiesta en los polímeros cristalinos. Ocurre cuando las cadenas poliméricas abandonan sus estructuras cristalinas y se transforman en un líquido desordenado. La transición vítrea es una transición que se manifiesta en los polímeros amorfos; es decir, polímeros cuyas cadenas no están dispuestas según un ordenamiento cristalino, sino que están esparcidas en cualquier ordenamiento, aún en estado sólido.

Pero incluso los polímeros cristalinos tienen alguna porción amorfa. Esta porción generalmente constituye el 40-70% de la muestra polimérica. Esto explica por qué una misma muestra de un polímero puede tener tanto una temperatura de transición vítrea como una temperatura de fusión. Pero lo importante es saber que la porción amorfa sólo experimentará la transición vítrea, y la porción cristalina sólo la fusión.

4.2. Cristalización

Los polímeros se componen de largas cadenas moleculares que forman las

bobinas irregulares, enredados en la masa fundida. Algunos polímeros conservan

una estructura tal desordenada al congelarse y por lo tanto se convierten en

sólidos amorfos. A otros polímeros, las cadenas de reorganizar al congelarse y

forman parte ordenaron regiones con un tamaño típico de la orden de 1 micra.

Aunque sería energéticamente favorable para las cadenas de polímero para

alinear en paralelo, tal alineación se ve obstaculizada por el enredo. Por tanto,

dentro de las regiones solicitado, las cadenas poliméricas están ambos alineados

y dobladas. Esas regiones son por tanto ni cristalina ni tampoco amorfa y se

clasifican como semicristalino. Ejemplos de polímeros semi-cristalinos son

polietileno lineal, tereftalato de polietileno, politetrafluoroetileno o polipropileno

isotáctico.

Ya sea o no polímeros pueden cristalizar depende de su estructura molecular -

presencia de cadenas lineales con grupos laterales espaciadas regularmente

facilita la cristalización. Por ejemplo, la cristalización ocurre mucho más fácil en

isotáctico que en la forma de polipropileno atáctico. Polímeros atácticos cristalizan

cuando los grupos laterales son muy pequeñas, como en el de polivinilo y no

cristalizan en caso de grandes como sustituyentes en el caucho o siliconas.

4.2.1. Crecimiento de los cristales a partir de una masa fundida

El crecimiento de cristales se logra por la adición posterior de segmentos de la cadena de polímero plegadas y sólo se produce para temperaturas inferiores a la temperatura de fusión Tm y por encima de la temperatura de transición vítrea Tg. Las temperaturas más altas destruyen la disposición molecular y por debajo de la temperatura de transición vítrea, el movimiento de las cadenas moleculares se congela. Sin embargo, la cristalización secundaria puede proceder incluso debajo de Tg, en la escala de tiempo de meses y años. Este proceso afecta a las propiedades mecánicas de las polímeros y disminuye su volumen a causa de un embalaje más compacto de alineados cadenas poliméricas

El crecimiento de las regiones cristalinas se produce preferentemente en la dirección del gradiente de temperatura más grande y se suprime en la parte superior y la parte inferior de las láminas por las partes plegadas amorfos en esas superficies. En caso de gradiente fuerte, el crecimiento tiene un carácter unidireccional, dendríticas. Sin embargo, si la distribución de temperatura es isotrópico y estático entonces laminillas crecer radialmente y forman agregados cuasi-esféricas más grandes llamados esferulitas. Esferulitas tienen un tamaño de entre aproximadamente 1 y 100 micrómetros y forman una gran variedad de patrones de color cuando se observa entre polarizadores cruzados de un microscopio óptico, que a menudo incluyen el patrón de "cruz de malta" y otros fenómenos de polarización causada por la alineación molecular dentro de las laminillas individuales de un spherullite.

4.2.2. Tipos de cristalización

Cristalización por estirado

El mecanismo anterior considera la cristalización de la masa fundida, lo cual es

importante para el moldeo por inyección de componentes de plástico. Otro tipo de

cristalización se produce después de la extrusión utilizado en la fabricación de

fibras y películas.

En este proceso, el polímero se fuerza a través de, por ejemplo, una boquilla que

crea tensión de tracción que se alinea parcialmente sus moléculas. Dicha

alineación puede ser considerado como la cristalización y que afecta a las

propiedades del material. Por ejemplo, la resistencia de la fibra se incrementa en

gran medida en la dirección longitudinal y propiedades ópticas muestran gran

anisotropía a lo largo y perpendicular al eje de la fibra. Tal anisotropía es más

mayor en presencia de cargas en forma de varilla como los nanotubos de carbono,

en comparación con la fuerza fillers.Polymer esférica se incrementa no solamente

por extrusión, sino también mediante moldeo por soplado, que se utiliza en la

producción de tanques y botellas de plástico PET. Algunos polímeros que no

cristalizan de la masa fundida, pueden ser parcialmente alineados por el

estiramiento.

La cristalización en solución

Los polímeros también se pueden cristalizar a partir de una solución o después de

la evaporación de un disolvente. Este procedimiento depende del nivel de dilución:

en soluciones diluidas las cadenas moleculares no tienen ninguna relación entre sí

y existen como un polímero bobinas separadas en la solución. Aumento de la

concentración que puede ocurrir a través de la evaporación del disolvente, induce

la interacción entre las cadenas moleculares y una posible cristalización como en

la cristalización de la masa fundida. La cristalización en solución puede resultar en

el más alto grado de cristalinidad del polímero. Por ejemplo, el polietileno

altamente lineal puede formar cristales simples similares a plaquetas con un

espesor del orden de 10-20 nm cuando se cristalizó a partir de una solución

diluida. La forma cristalina puede ser más compleja para otros polímeros,

incluyendo pirámides huecas, espirales y estructuras dendríticas de múltiples

capas.

Un proceso muy diferente es la precipitación, sino que utiliza un disolvente que

disuelve los monómeros individuales, pero no el polímero resultante. Cuando se

alcanza un cierto grado de polimerización, el polimerizado y el producto

parcialmente cristalizado se separa por precipitación de la solución. La velocidad

de cristalización se puede controlar mediante una técnica de sondas que selectiva

de la fracción disuelta, tales como resonancia magnética nuclear.

La cristalización Confinados

Cuando los polímeros se cristalizan a partir de un isotrópica, mayor de masa

fundida o solución concentrada, el laminillas cristalinas se organizan generalmente

en una morfología esferulítica como se ilustra arriba. Sin embargo, cuando las

cadenas de polímero están confinados en un espacio con dimensiones de algunas

decenas de nanómetros, comparables a o menor que el espesor de cristal laminar

o el radio de giro, la nucleación y el crecimiento puede ser dramáticamente

afectada. Como un ejemplo, cuando un polímero cristaliza en una capa ultrafina

confinado, la organización esferulitica isotrópica de los cristales lamelares se ve

obstaculizado y el confinamiento puede producir orientaciones cristalinas

lamelares únicos. A veces, la cadena de alineación es paralela al plano de la capa

y los cristales se organizan como laminillas de canto. En otros casos, se observan

"in-plane" laminillas con la cadena de orientación perpendicular a las capas.

La orientación de cristal única de polímeros confinados imparte propiedades

anisotrópicas. En un ejemplo, los cristales grandes, en el plano de polímero

reducen la permeabilidad al gas de películas nanolayered por casi 2 órdenes de

magnitud.

4.3. Que es un polímero amorfo?

Un polímero amorfo es un polímero que debido a la falta de regularidad en su estructura, tacticidad, o por la falta de conformación helicoidal no puede formar cristales, que requieren de un orden en las cadenas del polímero. Muchos polímeros son amorfos; por ejemplo, el poliestireno atáctico.

Un polímero amorfo es un polímero que debido a la falta de regularidad en su estructura, tacticidad, o por la falta de conformación helicoidal no puede formar cristales, que requieren de un orden en las cadenas del polímero. Muchos polímeros son amorfos

4.4. Que es temperatura de transición vítrea?

Se entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el estado rígido del material. El estudio de Tg es más complejo en el caso de los polímeros que en cualquier otro material de moléculas pequeñas.

Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las moléculas son mucho más débiles que el movimiento térmico de las mismas, por ello el polímero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de deformación plástica sin fractura. Este comportamiento es específico de polímeros termoplásticos y no ocurre en polímeros termoestables.

Este tipo de transición se observa en materiales vítreos, entre un estado líquido(el material fluye) y otro estado aparentemente sólido, este estado aparentemente sólido es un estado de no-equilibrio termodinámico, el material es considerado un líquido subenfriado (que fluye a velocidades extremadamente lentas), con movimientos en sus segmentos prácticamente congelados.

La Tg no es una temperatura a la cual específicamente ocurre el cambio de estado, existen diferentes métodos experimentales para determinarla, pero debido al carácter termodinámico de esta pseudotransición, cada método provee de un valor de Tg diferente, es por ello que en los artículos científicos se provee siempre del método por el cual se determinó su valor. Para fines prácticos, no es tan importante el valor exacto de Tg, pues es comprensible que alrededor de esta temperatura, el polímero adquiere cierta plasticidad.

Temperaturas de transición vítrea en algunos Polímeros

5. PROCESADO DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS

En el procesamiento de los materiales plásticos, se manejan una diversidad de

procesos técnicos que moldean el plástico, llevando a un acabado semifinal “para

su posterior utilización” o final para su puesta en marcha. Estas diferencias varían

dependiendo de si, el material es TERMOPLASTICO ó TERMOFIJO.

Generalmente los termoplásticos se calienta hasta que se suavizan y luego se les

da una forma antes de enfriarlos, siendo los termofijos diferentes al ser procesado

para darles forma final, usando un proceso por el cual se lleva a cabo una

reacción química para entrecruzar las cadenas de polímero formándose una red

de material polimérico.

5.1. PROCESOS EN TERMOPLÁSTICOS

5.1.1. MOLDEO POR INYECCIÓN

El material plástico es alimentado en el cilindro a través de una abertura ubicada

en la parte superior llamada tolva, quien dirige el material al Husillo, quien fuerza

al material hacia adelante en dirección al molde. La rotación del tornillo fuerza a

los gránulos contra las paredes precalentadas del cilindro. Cuando se funde la

cantidad necesaria del material, el husillo se detiene y se mueve hacia adelante,

inyectando al molde de modo similar a una jeringa, la cual llena el molde, y forman

la pieza. Por último una unidad desmontadora, suelta la pieza del molde

previamente enfriada por la misma máquina y finaliza el proceso.

Ventajas: mayor capacidad de producción, mayores presiones alcanzadas, más

preciso control del volumen inyectado. Preferidas para piezas complicadas de

paredes finas. ¾

Desventajas: mayor coste, menor homogeneidad del material, mayor riesgo de

degradación.

5.1.2. EXTRUSIÓN

En el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El

polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento,

hasta la boca de descarga, en una corriente continua. A partir de gránulos sólidos,

el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la

abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea obtener,

el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.

5.1.3. MOLDEO POR SOPLADO

Es un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro

plástico de paredes delgadas es extruido y luego cortado en el largo que se desea.

Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado

y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado

por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es

enfriado para el fraguado.

5.1.4. TERMOFORMADO

Éste proceso consiste en dar forma a una lámina plástica, por medio del

calentamiento de la misma, y una posterior adherencia aun molde. Un exceso de

temperatura puede fundir la lámina o provocar una adherencia permanente de la

lámina en el molde.

Proceso

Calentamiento del semielaborado, ya sea por radiación, contacto o convección.

Moldeo del semielaborado, que tras calentarse se estira adaptándose al molde por medio de diferentes procesos (presión, vacío , presión y vacío o un contramolde).

Enfriamiento del producto, que comienza cuando el termoplástico entra en contacto con el molde y es enfriado por un ventilador o a temperatura ambiente y termina cuando la temperatura es la adecuada para desmoldear la pieza sin deformarla.

5.2. PROCESOS EN TERMOFIJOS

5.2.1. MOLDEO POR COMPRESIÓN

El moldeo por compresión es un método de moldeo en el que el material de

moldeo, en general precalentado, es colocado en la cavidad del molde abierto. El

molde se cierra, se aplica calor y presión para forzar al material a entrar en

contacto con todas las áreas del molde, mientras que el calor y la presión se

mantiene hasta que el material de moldeo se ha curado. El proceso se emplea en

resinas termoestables en un estado parcialmente curado, ya sea en forma de

pellets, masilla, o preformas.

Moldeo por compresión tiene un alto desarrollo en la fabricación de piezas de

materiales compuestos para aplicaciones de reemplazo de metales, se utiliza

normalmente para hacer piezas más grandes planas o de forma levemente curvas.

Este método de moldeo es muy utilizado en la fabricación de piezas de

automóviles, tales como cubiertas, defensas, cucharones, spoilers, así como

pequeñas piezas más complejas.

Ventajas del moldeo por compresión:

Fluido en pequeñas distancias: menores tensiones internas.

Bajo costo de mantenimiento y de fabricación de moldes.

Diseño sencillo de moldes, al no haber entrada y canales.

Permite moldeo de piezas complejas

Buen acabado superficial (en general)

Desechos de materiales relativamente bajo

Desventajas del moldeo por compresión:

El molde debe mantenerse a temperatura no excesiva, para que las

paredes no curen mucho más rápido que el interior. Por tanto, tiempos

largos de curado.

No es aconsejable para este método en caso e empleo de moldes de

formas complejas

5.2.2. MOLDEO POR TRANSFERENCIA

El moldeo por transferencia es un desarrollo a partir del moldeo por compresión en

el que el compuesto de moldeo se introduce en una cavidad dentro del molde, de

modo que al cerrar el molde el compuesto se transfiere hasta las diferentes

cavidades de moldeo a través de una serie de canales. En la figura siguiente se

muestra un esquema de este proceso.

El proceso de transferencia es, por lo tanto, un proceso intermedio entre la

inyección y la compresión y presenta una serie de ventajas y desventajas respecto

a estos. El moldeo por transferencia está indicado en el caso de que se deseen

moldear muchas cavidades o cuando el llenado del molde con el material de

moldeo resulte problemático (moldes muy planos, con inserciones metálicas,

cuando se emplea polvo de moldeo de densidad aparente muy baja, etc.).

Una cantidad cuantificada de un termofijo (preformado), por lo general

precalentado, se carga en una cámara inmediata a la cavidad del molde (cámara

de transferencia), donde se calienta; se aplica entonces presión mediante un

pistón hidráulico para forzar al polímero a fluir, a través de un canal llamado

bebedero, dentro del molde caliente. Si bien dependerá de la resina utilizada y el

tamaño de la pieza, el cilindro de transferencia empuja el plástico termoestable a

través de los canales de alimentación hacia las piezas con una fuerza de 5.5 – 6.9

MPa y un tiempo de entre 3 - 8 segundos. El molde se mantiene cerrado y

calefaccionado hasta que el material del interior se cura. Una vez curado el

material, el molde se abre y los pines o pernos eyectores expulsan la pieza

terminada.

Ventajas DesventajasProducto con mejor consistencia que el moldeo por compresión, lo que permite una más estricta tolerancia y piezas más intrincadas

Mayor material de residuo que el moldeo por compresión

Producción superior a la velocidad de moldeo por compresión

La velocidad de producción es más baja que el moldeo por inyección

Tiempo de preparación rápida y costos de instalación menores que el moldeo por inyección

La complejidad de las piezas obtenidas es inferior que el moldeo por inyección

Menores costos de mantenimiento que el moldeo por inyección

Costos mayores en maquinaría y tecnología que el moldeo por compresión

Ideal para piezas de plástico con inserciones de metal

Se moldean tanto termoestables como termoplásticos a diferencia del moldeo por inyección