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POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROS
POLI MEROMUCHOS UNIDAD REPETIDA
PoliacutemeroCompuesto orgaacutenico natural o sinteacutetico de elevadopeso molecular constituido por unidades estructuralesrepetitivas que se componen basicamente de C H ONrdquo cadenas de gran tamantildeo formadas por la unioacutencovalente de varias unidades monomeacutericas(macromoleacutecula)
PlaacutesticoMaterial listo para la fabricacioacuten de piezas de moldeoy semifrabricados
POLIacuteMEROS
MonoacutemeroMoleacutecula que se combina con otros (ideacutenticos odiferentes) para formar un poliacutemero
10487071048707 Se conforman faacutecilmente por moldeo10487071048707 Para que sean reutilizables y con un nivel aceptable de calidadhay que antildeadir ldquoaditivosrdquo auxiliares para la mejora de laspropiedades10487071048707 Baja resistencia a la traccioacuten10487071048707 Uso limitado en funcioacuten de la temperatura (300ordmC 530ordmC)10487071048707 Gran coeficiente de dilatacioacuten teacutermica10487071048707 Las uniones Van-der-Waals originan la buena ductilidad de algunospoliacutemeros yque sean blandos10487071048707 Plaacutesticos Gran capacidad de deformacioacuten plaacutestica
Caracteriacutesticas principales
Clasificacioacuten
ORIGEN- Naturales (celulosa quitosaacuten almidones
peptinas DNA proteiacutenas)- Sinteacuteticos Se obtienen industrilamente (nylon
PVC polietireno ABS - Artificiales Naturales hechos aritficialmente
(hidroximetilcelulosa)
TIPO DE UNIDAD MONOMEacuteRICA- Homopoliacutemeros AAA- Heteropoliacutemero (copoliacutemeros) AB ABA
MECANISMOS DE POLIMERIZACIOacuteN- Adicioacuten (reaccioacuten en cadena) A partir de la
reaccioacuten en cadena se unen monoacutemeros y no generan otras moleacuteculas
- Condensacioacuten (reaccioacuten por etapas) Generan una moleacutecula extra monoacutemeros diferentes
POLIacuteMEROS
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866 119898119898119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119866119866119889119889119901119901119889119889119903119903119901119901119901119901119901119901119901119901119901
Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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POLIacuteMEROS
POLI MEROMUCHOS UNIDAD REPETIDA
PoliacutemeroCompuesto orgaacutenico natural o sinteacutetico de elevadopeso molecular constituido por unidades estructuralesrepetitivas que se componen basicamente de C H ONrdquo cadenas de gran tamantildeo formadas por la unioacutencovalente de varias unidades monomeacutericas(macromoleacutecula)
PlaacutesticoMaterial listo para la fabricacioacuten de piezas de moldeoy semifrabricados
POLIacuteMEROS
MonoacutemeroMoleacutecula que se combina con otros (ideacutenticos odiferentes) para formar un poliacutemero
10487071048707 Se conforman faacutecilmente por moldeo10487071048707 Para que sean reutilizables y con un nivel aceptable de calidadhay que antildeadir ldquoaditivosrdquo auxiliares para la mejora de laspropiedades10487071048707 Baja resistencia a la traccioacuten10487071048707 Uso limitado en funcioacuten de la temperatura (300ordmC 530ordmC)10487071048707 Gran coeficiente de dilatacioacuten teacutermica10487071048707 Las uniones Van-der-Waals originan la buena ductilidad de algunospoliacutemeros yque sean blandos10487071048707 Plaacutesticos Gran capacidad de deformacioacuten plaacutestica
Caracteriacutesticas principales
Clasificacioacuten
ORIGEN- Naturales (celulosa quitosaacuten almidones
peptinas DNA proteiacutenas)- Sinteacuteticos Se obtienen industrilamente (nylon
PVC polietireno ABS - Artificiales Naturales hechos aritficialmente
(hidroximetilcelulosa)
TIPO DE UNIDAD MONOMEacuteRICA- Homopoliacutemeros AAA- Heteropoliacutemero (copoliacutemeros) AB ABA
MECANISMOS DE POLIMERIZACIOacuteN- Adicioacuten (reaccioacuten en cadena) A partir de la
reaccioacuten en cadena se unen monoacutemeros y no generan otras moleacuteculas
- Condensacioacuten (reaccioacuten por etapas) Generan una moleacutecula extra monoacutemeros diferentes
POLIacuteMEROS
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866 119898119898119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119866119866119889119889119901119901119889119889119903119903119901119901119901119901119901119901119901119901119901
Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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PoliacutemeroCompuesto orgaacutenico natural o sinteacutetico de elevadopeso molecular constituido por unidades estructuralesrepetitivas que se componen basicamente de C H ONrdquo cadenas de gran tamantildeo formadas por la unioacutencovalente de varias unidades monomeacutericas(macromoleacutecula)
PlaacutesticoMaterial listo para la fabricacioacuten de piezas de moldeoy semifrabricados
POLIacuteMEROS
MonoacutemeroMoleacutecula que se combina con otros (ideacutenticos odiferentes) para formar un poliacutemero
10487071048707 Se conforman faacutecilmente por moldeo10487071048707 Para que sean reutilizables y con un nivel aceptable de calidadhay que antildeadir ldquoaditivosrdquo auxiliares para la mejora de laspropiedades10487071048707 Baja resistencia a la traccioacuten10487071048707 Uso limitado en funcioacuten de la temperatura (300ordmC 530ordmC)10487071048707 Gran coeficiente de dilatacioacuten teacutermica10487071048707 Las uniones Van-der-Waals originan la buena ductilidad de algunospoliacutemeros yque sean blandos10487071048707 Plaacutesticos Gran capacidad de deformacioacuten plaacutestica
Caracteriacutesticas principales
Clasificacioacuten
ORIGEN- Naturales (celulosa quitosaacuten almidones
peptinas DNA proteiacutenas)- Sinteacuteticos Se obtienen industrilamente (nylon
PVC polietireno ABS - Artificiales Naturales hechos aritficialmente
(hidroximetilcelulosa)
TIPO DE UNIDAD MONOMEacuteRICA- Homopoliacutemeros AAA- Heteropoliacutemero (copoliacutemeros) AB ABA
MECANISMOS DE POLIMERIZACIOacuteN- Adicioacuten (reaccioacuten en cadena) A partir de la
reaccioacuten en cadena se unen monoacutemeros y no generan otras moleacuteculas
- Condensacioacuten (reaccioacuten por etapas) Generan una moleacutecula extra monoacutemeros diferentes
POLIacuteMEROS
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866 119898119898119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119866119866119889119889119901119901119889119889119903119903119901119901119901119901119901119901119901119901119901
Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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10487071048707 Se conforman faacutecilmente por moldeo10487071048707 Para que sean reutilizables y con un nivel aceptable de calidadhay que antildeadir ldquoaditivosrdquo auxiliares para la mejora de laspropiedades10487071048707 Baja resistencia a la traccioacuten10487071048707 Uso limitado en funcioacuten de la temperatura (300ordmC 530ordmC)10487071048707 Gran coeficiente de dilatacioacuten teacutermica10487071048707 Las uniones Van-der-Waals originan la buena ductilidad de algunospoliacutemeros yque sean blandos10487071048707 Plaacutesticos Gran capacidad de deformacioacuten plaacutestica
Caracteriacutesticas principales
Clasificacioacuten
ORIGEN- Naturales (celulosa quitosaacuten almidones
peptinas DNA proteiacutenas)- Sinteacuteticos Se obtienen industrilamente (nylon
PVC polietireno ABS - Artificiales Naturales hechos aritficialmente
(hidroximetilcelulosa)
TIPO DE UNIDAD MONOMEacuteRICA- Homopoliacutemeros AAA- Heteropoliacutemero (copoliacutemeros) AB ABA
MECANISMOS DE POLIMERIZACIOacuteN- Adicioacuten (reaccioacuten en cadena) A partir de la
reaccioacuten en cadena se unen monoacutemeros y no generan otras moleacuteculas
- Condensacioacuten (reaccioacuten por etapas) Generan una moleacutecula extra monoacutemeros diferentes
POLIacuteMEROS
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866 119898119898119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119866119866119889119889119901119901119889119889119903119903119901119901119901119901119901119901119901119901119901
Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Clasificacioacuten
ORIGEN- Naturales (celulosa quitosaacuten almidones
peptinas DNA proteiacutenas)- Sinteacuteticos Se obtienen industrilamente (nylon
PVC polietireno ABS - Artificiales Naturales hechos aritficialmente
(hidroximetilcelulosa)
TIPO DE UNIDAD MONOMEacuteRICA- Homopoliacutemeros AAA- Heteropoliacutemero (copoliacutemeros) AB ABA
MECANISMOS DE POLIMERIZACIOacuteN- Adicioacuten (reaccioacuten en cadena) A partir de la
reaccioacuten en cadena se unen monoacutemeros y no generan otras moleacuteculas
- Condensacioacuten (reaccioacuten por etapas) Generan una moleacutecula extra monoacutemeros diferentes
POLIacuteMEROS
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866 119898119898119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119866119866119889119889119901119901119889119889119903119903119901119901119901119901119901119901119901119901119901
Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Clasificacioacuten
COMPORTAMINETO CON TEMPERATURA- Termoplaacutesticos Se calienta fluye endurece Se
puede reutilizar (reprocesar)- Termoestables (termofijos) Se calienta antes de
fundir se queman
COMERCIALIZACIOacuteN- Commodities Fabricacioacuten y uso necesario (costo
de mercado)- Ingenieriacutea Elaborados para cosas especiacuteficas
(ABS policarbonato)
APLICACIOacuteN- Plaacutesticos- Elastoacutemeros- Fibras- Adhesivos- Recubrimientos
POLIacuteMEROS
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
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Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Grado de Polimerizacioacuten POLIacuteMEROS
Grado de polimerizacioacuten La longitud promedio de un poliacutemero lineal se representapor su grado de polimerizacioacuten el cual es el nuacutemero de unidades de repeticioacuten dentrode la cadena
119866119866119866119866119866119866119866119866119866119866 119866119866119889119889 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119889119889119866119866119901119901119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =119875119875119889119889119875119875119866119866 119901119901119866119866119901119901119889119889119901119901119898119898119901119901119866119866119866119866 119866119866119889119889119901119901 119901119901119866119866119901119901119901119901119901119889119889119866119866119866119866
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Si el poliacutemero contiene un solo tipo de monoacutemero el peso molecular de la unidad derepeticioacuten es el mismo del monoacutemero Si el poliacutemero contiene maacutes de un tipo demonoacutemeros el peso molecular de la unidad de repeticioacuten seraacute la suma de los pesosmoleculares de los monoacutemeros menos el peso molecular de subproducto
La longitud de la cadena en un poliacutemero lineal variacutea considerablemente Algunaspueden ser bastante cortas debido a una terminacioacuten temprana Otras puedenresultar excepcionalmente largas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Peso molecular Moleacutecula muy grandes tienen alto peso molecular (Mw)
Grado de polimerizacioacuten Cuaacutentos monoacutemeros hay en una cadena (DP)
El grado de polimerizacioacuten tambieacuten se puede definir como Mw = DP PMPM etileno DP=10002 carbono =24 Mw= 28 000 ggmol4 hidroacutegeno = 4PM = 28 gmol
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
POLIacuteMEROS
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
bull Basada en los monoacutemeros utilizados en la fabricacioacutenbull Nombres quiacutemicos complicados utilizacioacuten de siglas (ej PMMA-poli-metilmetacrilato)bull Norma DIN 7728 termoplaacutesticosbull Norma DIN 7708 termoestablesbull Norma DIN ISO 1629 elastoacutemeros
Monoacutemero metacrilato de metilo Poliacutemero polimetacrilato de metilo
Nomenclatura POLIacuteMEROS
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
POLIacuteMEROS
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Crecimiento basado en adicioacuten de unmonoacutemero a la cadenaConcentracioacuten del monoacutemero decrececonstantemente durante la reaccioacuten
Cualquiera de las dos especies puedereaccionarEl monoacutemero desaparece pronto durante lareaccioacuten cuando DP=10 menos del 1 demonoacutemero
Cadenas largas se forman de inmediatopeso molecular del poliacutemero cambia pocodurante la reaccioacuten
Peso molecular del poliacutemero se incrementacontinuamente durante la reaccioacuten
Tiempos largos de reaccioacuten incrementanel porcentaje de conversioacuten paro afectanpoco al peso molecular
Tiempos largos de reaccioacuten sirven paraincrementar el peso molecular delpoliacutemero
Mezcla de reaccioacuten contiene monoacutemeropoliacutemero de alto peso molecular ysolamente 10- de partes de cadenascrecientes
En cualquier momento todas las especiesse encuentran presentes en proporcionescalculable
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip
ADICIOacuteN(REACCIOacuteN EN CADENA)
MONOacuteMERO
MERO
POLIacuteMERO
INICIACIOacuteN
CRECIMIENTO
TERMINACIOacuteN
(1)
(1acute)
(2)
(3)
(n)
(nacute)
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip
CONDENSACIOacuteN(POLIMERIZACIOacuteN POR PASOS)
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente POLIacuteMEROS
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Polimerizacioacuten por Masa (Bulk)- Se lleva a cabo una alta
conversioacuten- Cineacutetica de radicales libres- Contaminacioacuten miacutenima del
producto- No involucra otra fase- La viscosidad incrementa
conforme la conversioacuten incrementa haciendo la remocioacuten por calor y el proceso mas difiacutecil
- Industrialmente la polimerizacioacuten por bulk es usada para la fabricacioacuten de pellets de poliestireno
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Polimerizacioacuten por Solucioacuten- Homogeneo si el poliacutemero
permanece soluble(vinilacetona acrilonitrilo)
- Heterogeno si el poliacutemero esinsoluble lleva a laprecipitacioacuten (polvo ogranulado)
- Es un tipo de polimerizacioacutenpor calor usando un monoacutemeroy un iniciador
- Solventes reducen laviscosidad
- La polimerizacioacuten por solucioacutenes uacutetil para su uso comopoliacutemero fluido
- Contaminacioacuten ambientaldebido al solvente
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Polimerizacioacuten por Emulsioacuten- Un emulsivo o surfactante son
disueltos en agua y unmonoacutemero poco soluble oinsoluble en agua es disuelto enella
- Es un meacutetodo de polimerizacioacutenusando un iniciador soluble (porejemplo peroacutexido de benzoilo)
- Pellets con tamantildeo de 0001 ndash1cm de diaacutemetro
- Cineacutetica igual que en la de bulk- Usado para estireno metil
metacrilato vinil acetato- Baja viscosidad- Se debe separar o purificar el
poliacutemero o aceptar el productocontaminado
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Polimerizacioacuten por Suspensioacuten
- La polimerizacioacuten avance alir agregando un monoacutemerocon goteo y un poliacutemeroparticulado es obtenido
- Se obtienen partiacuteculasesfeacutericas
- Surfactante1 es agregado alas micelas
- El monoacutemero esestabilizado por elsurfactante y dispersado enagua
Procesos de reaccioacuten POLIacuteMEROS
1 Los surfactantes o agentes activos superficiales son compuestos que se caracterizan por su capacidadde alterar la superficie y las propiedades de la interfase de un liacutequido Contienen un segmentoliposoluble y otro hidrosoluble
2 Micela conglomerado de moleacuteculas que constituye una de las fases de los coloides Es el mecanismopor el que el jaboacuten solubiliza las moleacuteculas insolubles en agua como las grasas
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Los quiacutemicos y cientiacuteficos dedicados a los poliacutemeros investigancontinuamente nuevos materiales que sean de siacutentesis faacutecil y de fabricacioacuteneconoacutemica y que aporten propiedades adecuadas o mejores combinacionesde propiedades que las ofrecidas por los homopoliacutemeros Un grupo de estosmateriales es el de los copoliacutemeros
Consideacuterese un copoliacutemero compuestos por dos unidades monomeacutericasDependiendo del proceso de polimerizacioacuten y de las fracciones de lasunidades monomeacutericas es posible obtener diferentes tipos de secuencias enlas cadenas polimeacutericas Si las dos unidades monomeacutericas estaacute distribuidasaleatoriamente a lo largo de la cadena se denominan copoliacutemeros al azar
En los copoliacutemeros alternados como indica su nombre las dos unidadesmonomeacutericas se van alternando en las posiciones de la cadena En loscopoliacutemeros en bloque las unidades monomeacutericas ideacutenticas se unen en ungrupo a lo largo de la cadena Finalmente en los copoliacutemeros de injertola cadena principal estaacute formada por un solo tipo de unidad monomeacuterica ytodas las cadenas laterales estaacuten constituidas por el otro tipo de unidadmonomeacuterica
Copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROS
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Secuencia en copoliacutemeros POLIacuteMEROSPOLIacuteMEROS RAMIFICADOS Se sintetizan poliacutemeros cuya cadena principal estaacuteconectada lateralmente con otras cadenas secundarias como estaacute esquematizada enla figura anterior son los llamados poliacutemeros ramificados Las ramas que formanparte de la cadena molecular principal son el resultado de las reacciones locales queocurren durante la siacutentesis del poliacutemero La eficacia del empaquetamiento de lacadena se reduce con las ramificaciones y por tanto tambieacuten disminuye la densidaddel poliacutemero
POLIacuteMEROS ENTRECRUZADOS En los poliacutemeros entrecruzados cadenas linealesadyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlacescovalentes Como estaacute representado en la Figura anterior El entrecruzamiento serealiza durante la siacutentesis o por reacciones quiacutemicas irreversibles que normalmenteocurren a elevada temperatura A menudo el entrecruzamiento va acompantildeado por laadicioacuten mediante enlace covalente de aacutetomos o moleacuteculas de las cadenas Muchos delos materiales elaacutesticos de caucho estaacuten entrecruzados
POLIacuteMEROS RETICULADOS Las unidades monomeacutericas trifuncionales que tienen tresenlaces covalentes activos forman redes tridimensionales en lugar de las cadenaslineales generadas por las unidades monomeacutericas bifuncionales Los poliacutemeroscompuestos por unidades trifuncionales se denominan poliacutemeros reticulados Unpoliacutemero entrecruzado praacutecticamente se pude clasificar como poliacutemero reticuladoEstos materiales tienen propiedades mecaacutenicas y teacutermicas especiacuteficas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
(b) Ramificada
(d) Reticulada (tridimensional) (c) Entrecruzada
(a) Lineal
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Estructura de diferentes poliacutemerosPOLIacuteMEROS
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Configuraciones moleculares POLIacuteMEROSEstructuras en liacutenea o en cadena estaacuten formadas por meros bifuncionalesEstos pueden tener grupos laterales unidos La configuracioacuten es la ordenacioacutenen el espacio de los sustituyentes alrededor de un aacutetomo particular
1 Isotaacutectico Los sustituyentesestaacuten todos en el mismo lado
2 Sindiotaacutectico Los sustituyentesquedan alternativamente porencima y por debajo del plano
3 Ataacutectica La secuencia es al azar
El tipo de configuracioacuten tambieacutencondiciona el comportamiento delmaterial Por ejemplo elpolipropileno isotaacutectico es unpoliacutemero semicristalino comericalque se utiliza como plaacutestico y comofibra El polipropileno ataacutectico esamorfo tipo cera sin consistenciapara su uso como material plaacutestico
R = Representa un aacutetomo o grupo de aacutetomosdiferentes del hidroacutegeno (p ej ClCH3)
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
Los teacuterminos cristalino y amorfo se utilizan normalmente paraindicar las regiones ordenas y desordenadas de los poliacutemerosrespectivamente En estado soacutelido algunos poliacutemeros soncompletamente amorfos otros son semicristalinos y dependiendode las condiciones de cristalizacioacuten un poliacutemero con capacidad decristalizar puede ser amorfo o semicristalino Con frecuencia seutiliza el teacutermino cristalino en lugar de semicristalino aunqueninguacuten poliacutemero es completamente cristalino
Cristalinos Moleacuteculas quiacutemicamente y geomeacutetricamenteregulares en su estructura Las ramificaciones de la cadena ocopolimerizacioacuten limitan el alcance de la cristalizacioacuten
No cristalinos Existe una clara irregularidad en la estructurapoliacutemeros ataacutecticos y copoliacutemeros con cantidades significativas dedos o maacutes contribuyentes monomeacutericos
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Estructura fiacutesica POLIacuteMEROS
AMORFO
SEMICRISTALINO
CRISTALINO
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa cristalinidad polimeacuterica puede considerarse como el empaquetamiento de cadenasmoleculares para producir una disposicioacuten atoacutemica ordenada La estructura cristalina seespecifica en teacuterminos de celdillas unidad que ordinariamente son complejas
Disposicioacuten de cadenasmoleculares en una celdillaunidad de polietileno Estaceldilla unidad tienegeometriacutea ortorroacutembica
La cristalinidad [] depende de varios factores- La velocidad de enfriamiento
(enfriamiento raacutepido ndash menos cristalinidad)- Tipo de poliacutemero
(estructuras simples ndash maacutes cristalinidad)(copoliacutemeros ndash menos cristalinidad)
- Poliacutemeros lineales forman faacutecilmente cristales- Grado de cristalinidad (5 ndash 95)- Entre mayor cristalinidad mayor resistencia
119901119901119866119866119901119901119875119875119903119903119866119866119901119901119901119901119901119901119901119901119866119866119866119866119866119866 = ρ119888119888 (ρ119904119904 minusρ119886119886 )ρ119904119904(ρ119888119888 minusρ119886119886 )
100
ρ119904119904 Densidad de la muestra para la cual se pretendedeterminar el porcentaje de cristalinidad
ρ119886119886 Densidad del poliacutemero totalmente amorfoρ119888119888 Densidad del poliacutemero totalmente cristalino
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Modelos de cristales polimeacutericos POLIacuteMEROS
REGIOacuteN DE ALTACRISTALINIDAD
REGIOacuteN AMORFA
1) Un poliacutemero semicristalino consta de regionescristalinas pequentildeas (cristalitas o micelas) concadenas de poliacutemeros alineadas embebidas en unamatriz amorfa compuesta de moleacuteculas orientadas alazar Una cadena molecular simple debe pasar atraveacutes de cristalitas y de regiones amorfas
2) Crecimiento de monocristales polimeacutericos a partir dedisoluciones diluidas formando regularmente comoplacas delgadas (o laminillas de aproximadamente 10a 20 nm de espesor y del orden de 10 microm de longitudFrecuentemente estas laminillas forman unaestructura de multicapa Cada laminilla estaacute formadapor cadenas que se pliegan una y otra vez sobre siacutemismas los dobleces de las cadenas se encuentran enlas caras de las laminillas este modelo se denominamodelo de cadena plegada
Modelo de micela con flecos de un poliacutemero
semicristalino mostrando las regiones cristalina y amorfa
Estructura de cadenas plegadas para una cristalina polimeacuterica laminarMonocristal de polietileno
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Cristalinidad en poliacutemeros POLIacuteMEROSLa mayoriacutea de los poliacutemeros en brutoque cristalizan a partir de un liacutequidoforman esferulita Como su nombreindica cada esferulita crece en formade esfera Las esferulitas consisten enun agregado de cristalitas en cadenaplegada de aproximadamente 10 nm deespesor que parten del centro Loscristales laminares estaacuten separados pormaterial amorfo Las moleacuteculas deunioacuten conectan las laminillas contiguasa traveacutes de regiones amorfas
Estructura cristalina del polilactida cristalizado en
bulk 50 x 50 microm
Esferulita simple presentando extincioacuten en forma de cruz de
malta observada en el microscopio oacuteptico de luz
polarizada
Estaacuten constituidas internamentepor lamelas que irradian delcentro En muchos casos la lamelase retuerce sobre siacute misma deforma que la orientacioacuten del ejemolecular gira alrededor del radioesferuliacutetico
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Varios factores tienen influencia sobre la capacidad de cristalizacioacuten de un poliacutemero
1Complejidad La cristalizacioacuten es muy faacutecil para los poliacutemeros formados poradicioacuten simple como el polietileno en el cual no estaacuten sujetas a la cadena decarbono moleacuteculas muy voluminosas o grupos de aacutetomos que pudieran interferir conla compactacioacuten de las cadenas
2 Rapidez de enfriamiento Un enfriamiento lento que permite maacutes tiempo paraque las cadenas se alineen promueve la cristalizacioacuten
3 Recocido El calentamiento de una estructura amorfa justo por debajo de latemperatura de fusioacuten proporciona la activacioacuten teacutermica necesaria para lanucleacioacuten y crecimiento de cristales
4 Grado de polimerizacioacuten Es maacutes difiacutecil cristalizar poliacutemeros de cadenas largas
5 Deformacioacuten La deformacioacuten lenta del poliacutemero entre las temperaturas de fusioacuteny de transicioacuten viacutetrea puede promover la cristalizacioacuten al alinear las cadenaspermitieacutendoles acercarse entre siacute
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
En un poliacutemero la variable fundamental que controlasus caracteriacutesticas y propiedades es el peso molecularSin embargo debido a que los meacutetodos de siacutentesis sonprocesos aleatorios y estadiacutesticos en los que elcrecimiento de la cadena que polimeriza estainfluenciado por multitud de variables el resultadofinal es que se obtiene un producto formado porcadenas macromoleculares de distinta longitud Esdecir no se obtiene un peso molecular uacutenico sino unadistribucioacuten de pesos moleculares mas o menosestrecha dependiendo del meacutetodo de siacutentesis Porello los meacutetodos experimentales de determinacioacuten delpeso molecular proporcionan un valor medio que seraacutediferente seguacuten se emplee una u otra teacutecnica
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
POLIacuteMEROSContinuacioacutenhellip
1) El peso molecular promedio en nuacutemeroM n o ltMngt se define como
Ni es el nuacutemero de especies de pesomolecular Mi N = Ni es el nuacutemero total deespecies y xi=NiN es la fraccioacuten en nuacutemerode la especie de peso molecular Mi
2) Peso molecular promedio en peso M w oltMwgt se define por la expresioacuten
Wi es el peso de las especies de peso molecular Mi W = Wi es el peso total de lamuestra y wi=WiW es la fraccioacuten en peso de la especie de peso molecular Mi
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
3) El siguiente promedio (tercer momentoestadiacutestico de la distribucioacuten) se denominapeso molecular promedio z M z
4) Se puede definir ademaacutes el promedio z+1como el siguiente momento estadiacutestico
M z y M z+1se determina por medidas deultracentrifugacioacuten y sedimentacioacuten
POLIacuteMEROS
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
POLIacuteMEROSDistribucioacuten de pesos moleculares
5) Hay ademaacutes otro valor de peso molecularque se obtiene a partir de medidas deviscosidad y es muy uacutetil por la facilidad de sudeterminacioacuten Asiacute el peso molecularpromedio viscoso M v se define por
donde a es un paraacutemetro comprendido entre05 y 1 que se obtiene por medidas deviscosidad en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales paracomponentes polimeacutericos
Disentildee el tipo de poliacutemeros que se pueden seleccionar para las siguientesaplicaciones guantes de cirujano recipiente para bebidas y poleas
Actividad
POLIacuteMEROS
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
En los poliacutemeros termoplaacutesticos tiacutepicos los enlaces en las cadenas soncovalentes pero las largas cadenas retorcidas estaacuten sujetas entre siacute porenlaces secundarios deacutebiles ademaacutes de estar entrelazadas Cuando se aplicaun esfuerzo al termoplaacutestico los enlaces deacutebiles entre cadenas puedensuperarse y las cadenas giran y se deslizan entre ellas mismas
Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
POLIacuteMEROS
Las cadenas estaacuten unidas deacutebilmente entre siacute por enlacesVan der Waals y por entrelazamiento mecaacutenico
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
POLIacuteMEROS
a) Poliacutemero cristalinob) Poliacutemero amorfo
Tc Temperatura de cristalizacioacuten
Tg Temperatura de transicioacuten viacutetrea
Un poliacutemero totalmente cristalino no exhibiriacuteatemperatura de transicioacuten viacutetrea sin embargo lasregiones amorfas en los poliacutemeros semicristalinos setransforman en poliacutemero viacutetreo por debajo de latemperatura de transicioacuten viacutetrea
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
ContinuacioacutenhellipPOLIacuteMEROS
La facilidad con que las cadenas se deslizan depende de la temperatura y de laestructura del poliacutemero Se pueden observar varias temperaturas criacuteticas las cualesse resumen en las siguientes figuras
Efecto de la temperatura en laestructura y el comportamientode los poliacutemeros termoplaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSTemperatura de degradacioacuten A temperaturas muy altas los enlaces covalentes entre losaacutetomos de la cadena lineal pueden destruirse y el poliacutemero puede quemarse o carbonizarseEsta temperatura Td es la temperatura de degradacioacuten (o de descomposicioacuten) La exposicioacuten aloxiacutegeno a las radiaciones ultravioleta y al ataque por bacterias tambieacuten hace que un poliacutemerose degrade incluso a bajas temperaturas
Poliacutemeros liacutequidos A la temperatura de fusioacuten T o por encima de ella los enlaces entre lascadenas retorcidas y entrelazadas son deacutebiles Si se aplica una fuerza las cadenas se deslizanuna contra otra y el poliacutemero fluye casi sin deformacioacuten elaacutestica La resistencia y el moacutedulo deelasticidad son praacutecticamente cero y el poliacutemero estaacute listo para vaciarse y para muchosprocesos de conformado
Poliacutemeros cauchoacuteticos Por debajo de la temperatura de fusioacuten las cadenas de poliacutemerossiguen retorcidas y entrelazadas Estos poliacutemeros tienen una estructura amorfa Justo pordebajo de la temperatura de fusioacuten el poliacutemero se comporta de manera cauchoacutetica cuando sele aplica un esfuerzo ocurre tanto deformacioacuten elaacutestica como plaacutestica Al eliminar el esfuerzose recupera raacutepidamente la deformacioacuten elaacutestica pero el poliacutemero ha quedado deformadopermanentemente por el movimiento de las cadenas Se pueden obtener grandes elongacionespermanentes permitiendo la conformacioacuten del poliacutemero en formas uacutetiles por moldeado yextrusioacuten
A menores temperaturas la unioacuten entre cadenas es maacutes fuerte volvieacutendose el poliacutemero maacutesriacutegido y resistente y se observa un comportamiento correoso Muchos de los poliacutemeroscomerciales incluyendo el polietileno tienen una resistencia uacutetil bajo estas condiciones
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROSPoliacutemetros viacutetreos Por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea Tg el poliacutemero lineal sehace duro y fraacutegil como el vidrio El arreglo de las cadenas de poliacutemeros sigue siendo amorfoCuando el poliacutemero se enfriacutea por debajo de la temperatura de transicioacuten viacutetrea ciertaspropiedades como la densidad o el moacutedulo de elasticidad cambian a una velocidad diferenteAunque los poliacutemeros viacutetreos tienen pobre ductilidad y conformabilidad tienen buenatenacidad rigidez y resistencia a la termofluencia Varios poliacutemeros importantes incluyendo elpolietileno y el cloruro de polivinilo tienen temperaturas de transicioacuten viacutetrea por encima de latemperatura ambiente
Poliacutemeros cristalinos Muchos termoplaacutesticos se cristalizan parcialmente al ser enfriados pordebajo de la temperatura de fusioacuten y las cadenas se acercan y se alinean estrechamente a lolargo de distancias apreciables La densidad sufre un incremento brusco cuando las cadenasretorcidas y entrelazadas se reorganizan en estructuras maacutes ordenadas y compactas En lafigura se tiene un modelo que describe el arreglo de las cadenas en un poliacutemero cristalino Eneste modelo de cadenas plegadas eacutestas se doblan sobre siacute mismas formando dobleces conaproximadamente 100 aacutetomos de carbono La cadena plegada se extiende en tres dimensionesproduciendo placas o laminillas delgadas
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Relacioacuten entre elpeso molecularcon latemperatura defusioacuten y latemperatura detransicioacuten viacutetrea
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Propiedades comunes de los poliacutemeros POLIacuteMEROS
A pesar de que los distintitos plaacutesticos presentan grandes diferencias en sucomposicioacuten y estructura hay una serie de propiedades comunes a todos ellos y quelos distinguen de otros materiales Un ejemplo de laguna de estas propiedades seencuentran en la siguiente tabla
Densidad conductividad teacutermica y eleacutectrica dediferentes materiales
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El rango de densidades de los plaacutesticos es relativamente bajo y se extiende desde09 hasta 23 gcm3 Entre los plaacutesticos de mayor consumo se encuentran el PE yel PP ambos materiales con densidad inferior a la del agua
Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos por un lado losaacutetomos que componen los plaacutesticos son ligeros (baacutesicamente C y H y en algunoscasos ademaacutes O N o haloacutegenos) y por otro las distancias medias entre aacutetomosdentro de los plaacutesticos son relativamente grandes
Una densidad tan baja permite que los plaacutesticos sean materiales faacuteciles demanejar y por otra parte supone una gran ventaja en el disentildeo de piezas en lasque el peso es una limitacioacuten
El valor de la conductividad teacutermica de los plaacutesticos es sumamente pequentildeo Losmetales por ejemplo presentan conductividades teacutermicas 2000 veces mayoresque los plaacutesticos esto se debe a la ausencia de electrones libres en el materialplaacutesticoLa baja conductividad teacutermica resulta un inconveniente durante la transformacioacutende los plaacutesticos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Sin embargo en muchas aplicaciones de los plaacutesticos la baja conductividadteacutermica se convierte en una ventaja pues permite el empleo de estosmateriales como aislantes teacutermicos
Las zonas cristalinas dispersan la luz evitando asiacute su libre transmisioacutendando lugar a translucidez u opacidad excepto cuando se orientan o setratan secciones muy finas
Los poliacutemeros amorfos el empaquetamiento al azar de las moleacuteculas nocausa una difraccioacuten de la luz importante permitiendo una transparenciamuy buena y una transmitancia a la luz que puede ser superior al 90
Termoplaacutesticos amorfos como el PC PMMA y PVC presentan transparenciaque no difieren mucho de la del propio vidrio La transparencia de losplaacutesticos se puede perder al menos parcialmente por exposicioacuten a laintemperie o cambios bruscos de temperatura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La resistencia quiacutemica de los poliacutemeros tambieacuten estaacute fuertemente influenciadapor el grado de cristalinidad
En los poliacutemeros cristalinos los disolventes pueden atacar ligeramente la superficiedel poliacutemero que tiene una menor cristalinidad
Los poliacutemeros amorfos presentan una mayor solubilidad que los cristalinos Losdisolventes atacan al poliacutemero formando pequentildeas grietas que se extienden portodo el poliacutemero cuando se aplica un esfuerzo por pequentildeo que sea
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Comportamiento viscoelaacutestico POLIacuteMEROS
Otra peculiaridad de los poliacutemeros tanto en estado soacutelido como endisolucioacuten o fundido es su marcado comportamiento viscoelaacutesticoEl concepto de viscoelasticidad describe el comportamiento comprendidoentre los extremos claacutesicos de una respuesta elaacutestica de Hooke y uncomportamiento viscos de Newton
Viscoelasticidad La deformacioacuten del poliacutemero es reversible perodependiente del tiempo y asociado con la deformacioacuten de las cadenaspolimeacutericas de la conformacioacuten de equilibrio a traveacutes del movimientoactivado de segmentos con
Fluidos que se comportan de acuerdo con esta le de proporcionalidad sedenomina fluidos Newtonianos siendo el agua y la glicerina los maacutescomunes que siguen este comportamiento Si embargo Maxwell propusoun modelo en el cual las propiedades de una sustancia son una combinacioacutende una componente elaacutestica y otra viscosa
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
POLIacuteMEROS
Viscosidad en cizalla
Newton situoacute un fluido entre 2 laacuteminas paralelas unapermaneciacutea inmoacutevil mientras aplicaba una fuerzatangencial a la otra conforme se muestra en la Figura y seobservoacute que cada fluido se oponiacutea una resistenciacaracteriacutestica al deslizamiento de las laacuteminas Newtonestablecioacute que la fuerza por unidad de aacuterea (FA) necesariapara mover la laacutemina era proporcional al gradiente develocidades creado en el fluido siento la constante deproporcionalidad funcioacuten de la capacidad de deslizamientodel fluido Esta constante de proporcionalidad fue llamadaviscosidad
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Experimento de Newton
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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- Copoliacutemeros
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- Secuencia en copoliacutemeros
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- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Valores aproximados de viscosidad de cizalla para diversos materiales
ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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ContinuacioacutenPOLIacuteMEROS
Viscosidad extensional
En la mayoriacutea de las teacutecnicas de transformacioacuten el movimiento delplaacutestico en el interior de la maacutequina o del molde es debido a unadiferencia de presioacuten que se estable entre 2 puntos o en ocasiones esdebido al movimeinto de una parte de la maacutequina que arrastra almaterial consigo En cualquier caso se produce el deslizamiento deunas capas de material sobre otras de forma similar a como ocurre enel experimento descrito por Newton La viscosidad de cizalla es portanto representativa del comportamiento del material en la mayoriacutea delos procesos de transformacioacuten
Sin embargo existe un nuacutemero menor de situaciones como es porejemplo el caso del proceso de soplado de plaacutesticos en las que el flujode material es debido a esfuerzos de tensioacuten o traccioacuten a los que sesomete al material que tiende a estirarlo o comprimirlo La viscosidadresultante en estos casos se conoce como viscosidad extensional y elvalor de la misma es muy superior al de la viscosidad de cizalla
Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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Fluidos Newtonianos y no NewtonianosPOLIacuteMEROS
Por fluido Newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valorde viscosidad a una presioacuten y temperatura dadas esuacutenico independientemente de la velocidad de cizalla ydel tiempo de aplicacioacuten de la cizalla Los poliacutemerospresentan un comportamiento newtoniano solo en unintervalo relativamente estrecho de velocidades decizalla y en general si el tiempo aplicacioacuten de la cizallaes elevado tambieacuten sufren desviaciones delcomportamiento Newtoniano Estos factores sonimportantes que deben considerarse en el proceso depoliacutemeros En el caso de fluidos no Newtonianos laviscosidad no es constante y suele denominarsecoeficiente de viscosidad y se representa por la letragriega ŋ en lugar de micro
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Variacioacuten de la viscosidad con la velocidad de deformacioacuten
En la tabla siguiente se muestra el rango de velocidades decizalla utilizadas en diversos procesos de transformacioacuten deplaacutesticos El rango aproximado de velocidades dedeformacioacuten se ha calculado dividiendo la velocidad mediade flujo del fluido por una longitud caracteriacutestica de lageometriacutea donde estaacute fluyendo (como el radio de unatuberiacutea o el espesor de una capa)
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Es muy importante tener en cuenta la variacioacuten que puedasufrir la viscosidad de un fluido que no sigue la ley deNewton con la velocidad de deformacioacuten La Figura muestralos diversos comportamientos posibles con la velocidad dedeformacioacuten
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
El comportamiento dilatante lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada suviscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada Este aumento estaacuteprovocado por la reorganizacioacuten de la microestructura del material Los fluidos quesiguen este comportamiento son poco numerosos podriacuteamos citar suspensiones dealmidoacuten en agua y ciertas suspensiones de PVC
Los materiales pseudoplaacutesticos son aquellos que ven reducida su viscosidad alaumentar la velocidad de deformacioacuten Es el comportamiento maacutes comuacuten y ha sidoampliamente estudiado La pseudoplasticidad de los poliacutemeros fundidos o disueltosse puede explicar en base a la formacioacuten y ruptura de interacciones entre lasmoleacuteculas del poliacutemero y al desenmarantildeamiento de las mismas
La plasticidad es un fenoacutemeno que muestran ciertos materiales que se comportancomo soacutelidos elaacutesticos almacenando una cierta cantidad de energiacutea cuando sonsometidos a esfuerzos menores que cierto valor umbral mientras que con unesfuerzo superior al umbral se deforman continuamente como un fluido siendo elesfuerzo una funcioacuten lineal o no de la velocidad de deformacioacuten Ejemplos tiacutepicosde este tipo de materiales son la pasta dentriacutefica mayonesa mermelada clara dehuevo y nata batida
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacuten POLIacuteMEROS
Se denomina plaacutestico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que paratensiones tangenciales inferiores a un valor caracteriacutestico 0 t se comportanelaacutesticamente y superado ese valor muestran un comportamiento similar al de unfluido newtoniano El modelo de plaacutestico de Bingham es aplicable alcomportamiento de muchos fluidos de la vida real como plaacutesticos emulsiones pinturas lodos de perforacioacuten y soacutelidos en suspensioacuten en liacutequidos o agua
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Propiedades Mecaacutenicas POLIacuteMEROS
Los plaacutesticos se encuentran sometidos a diferentes estados de carga en susdistintas aplicaciones por lo que la seleccioacuten del material adecuado paracada una de ellas se basa entre otras consideraciones en sus propiedadesmecaacutenicas Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros dependenfundamentalmente de sus composicioacuten estructura y condiciones deprocesado Asimismo existen otros factores que influyen en las mismas yson principalmente el tiempo (velocidad de aplicacioacuten de los esfuerzos) yla temperatura
Moacutedulo de tensioacuten (Moacutedulo elaacutestico) es el mismo que moacutedulo de Young parametales pero los valores tienden a ser mucho maacutes bajos para los poliacutemerosPara poliacutemeros semicristalinos el moacutedulo de tensioacuten puede ser consideradocomo la combinacioacuten del moacutedulo de las regiones cristalinas y las regionesamorfasLos valores de Ductilidad son usualmente maacutes altos para poliacutemeros que parametalesLas curvas de fatiga son las mismas que para metales Algunos poliacutemerostienen liacutemite de fatiga otros no Los valores tienen a ser menores a los delos metales y maacutes dependientes de la frecuencia de carga
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
Comportamiento esfuerzo-deformacioacuten
Las propiedades mecaacutenicas de los poliacutemeros se especifican con los mismoparaacutemetros utilizados para los metales moacutedulo elaacutestico y resistencias a la traccioacutenal impacto y a la fatiga El ensayo esfuerzo-deformacioacuten se emplea paracaracterizar paraacutemetros mecaacutenicos de muchos materiales polimeacutericos La mayoriacuteade las caracteriacutesticas mecaacutenicas de los poliacutemeros son muy sensibles a la velocidadde deformacioacuten a la temperatura y a la naturaleza quiacutemica del medio (presenciade agua oxiacutegeno disolventes orgaacutenicos etc) En los materiales de alta elasticidadcomo las gomas conviene modificar las teacutecnicas de ensayo o la forma de lasprobetas utilizadas para los metales
Los materiales polimeacutericos presentan tres tipos distintos de comportamientoesfuerzo-deformacioacuten La curva A corresponde al comportamiento esfuerzo-deformacioacuten de un poliacutemero fraacutegil ya que se rompe cuando se deformaelaacutesticamente El comportamiento del material representado por la curva B esparecido al de los metales despueacutes de la deformacioacuten elaacutestica inicial el materialfluye y luego se deforma plaacutesticamente Finalmente el comportamiento descritopor la curva es totalmente elaacutestico La elasticidad de la goma (grandesdeformaciones recuperables producidas por pequentildeos esfuerzos) es propia de lospoliacutemeros denominados elastoacutemeros
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
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- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
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- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
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- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
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- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
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- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
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- Ejercicios
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-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Termofijo
Termoplaacutestico
Elastoacutemero
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Comportamiento tiacutepicos de ensayos de tensioacuten-deformacioacuten a) Fractura fraacutegil b) fractura duacutectil c) formacioacuten de un cuello (punto de
fluencia) y d) deformacioacuten homogeacutenea (comportamiento tipo goma)
Todas las curvas mostradas pueden serobtenidas en un soacutelo tipo de poliacutemerocambiando soacutelo la temperatura en un ampliorango
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Ensayos de tensioacuten POLIacuteMEROS
Los ensayos de tensioacuten sonuna medida de la respuestade un material ante unafuerza que tiende a estirarloDe estos ensayos se sueleobtener informacioacuten sobre laresistencia a la traccioacutenelongacioacuten y moacutedulo Avelocidades de deformacioacutenlentas las moleacuteculas puedensufrir cambios deconformacioacuten u orientarse enla direccioacuten del esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
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6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
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- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Liacutemite de proporcionalidad
Liacutemite elaacutestico o punto de fluencia
Resistencia a la rotura
Moacutedulo de Young
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Ejercicios
- Ejercicios
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-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La Figura muestra una curva tiacutepica esfuerzo-deformacioacuten obtenida en un ensayo a cortoplazo en el que el esfuerzo aplicado variacutea deforma constante La curva esfuerzo-deformacioacuten se puede dividir en varios tramosEl primer tramo de la curca OA es lineal ymuestra una proporcionalidad entre esfuerzo ydeformacioacuten es decir el material se comportasiguiendo la ley de Hooke El punto A se conocecomo liacutemite de proporcionalidad Aunque en eltramo AB ya no hay proporcionalidad entreesfuerzo y deformacioacuten el material todaviacutea secomporta como elaacutestico es decir ladeformacioacuten desapareceriacutea totalmente si cesarael esfuerzo
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Las deformaciones por debajo del punto A sonrelativamente pequentildeas y se asocian con laextensioacuten de los enlaces existentes entre losaacutetomos de las moleacuteculas de plaacutestico tal y comose muestra (Figura A)Este tipo de deformacioacutenes instantaacutenea y completamente recuperableNo hay desplazamiento de unas moleacuteculasrespecto a otras La deformacioacuten que tiene lugarentre los puntos A y B es consecuencia delestiramiento de moleacuteculas que se encuentranenrolladas sobre siacute mismas como se muestra(Figura B) Tampoco en este caso haydesplazamiento de unas moleacuteculas respecto aotras por lo que la deformacioacuten es recuperableaunque no de forma instantaacutenea
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
A partir del punto B la deformacioacuten deja de serelaacutestica por lo que este punto recibe el nombrede liacutemite elaacutestico o punto de fluencia Losesfuerzos y deformaciones correspondientes aeste punto reciben el nombre de esfuerzo liacutemitey deformacioacuten liacutemite respectivamente Lasdeformaciones que tienen lugar por encima delliacutemite elaacutestico dejan de ser recuperablesdebido a que estas deformaciones sonconsecuencia del deslizamiento de unasmoleacuteculas respecto a otras (Figura C) Lasmoleacuteculas que se han desplazado no puedenvolver a su posicioacuten original por lo que ladeformacioacuten es irreversible
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
El tramo BC es aproximadamente horizontalcomo consecuencia de que el material se haceduacutectil y fluye a poco que variacutee el esfuerzoaplicado Despueacutes del punto C puede ocurrirque para seguir deformando el material hayaque aplicar un esfuerzo algo mayor debido aque el material puede haber sufrido un ligeroreforzamiento El punto final D corresponde almomento en que el material rompe con unesfuerzo de rotura que recibe el nombre deresistencia a la rotura y una deformacioacuten queen el caso de ensayos de traccioacuten se llamaalargamiento a la rotura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
La tenacidad se puede estimar como el aacuterea total OABCDORepresenta el trabajo total que debe hacerse para romper elmaterial Cuando mayor cantidad de energiacutea pueda absorber unmaterial experimentando grandes deformaciones maacutes tenaz seraacuteEl teacutermino fragilidad hace referencia a la falta de tenacidadLa pendiente de la parte recta de la curva (tramo OA) se conocecomo moacutedulo de Young o simplemente moacutedulo Los plaacutesticos quetienen un moacutedulo alto se suelen llamar plaacutesticos duros mientrasque los que tienen un moacutedulo bajo son plaacutesticos blandos Plaacutesticosduros son por ejmplo las resinas de fenol-formaldehido (PF)polioximetileno (POM) policarbonato (PC) y polietilenterftalato(PET) Esta dureza no debe confundirse con la dureza superficialque normalmente se defino como la resistencia de un material a serrayado o penetrado Para evitar confusiones los plaacutesticos duros(con alto moacutedulo) deberiacutean llamarse plaacutesticos riacutegidos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
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- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
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- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Tipos de deformacioacuten de las moleacuteculas (a) por extensioacuten de enlaces (b) por desenrollamiento de
moleacuteculas (c) por desplazamiento
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
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- Ejercicios
- Ejercicios
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-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
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3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Predeformacioacuten por trefilado POLIacuteMEROS
Trefilado (ejemplo monofilamento hilo depescar)- Se estira el poliacutemero antes de usarse- Alinean las cadenas en la direccioacuten de la
carga
Resultado del trefilado- Incremento en el moacutedulo elaacutestico (E) en la
direccioacuten del estirado- Incrementa la resistencia a la traccioacuten (TS)
en la direccioacuten del estirado- Disminuye la ductilidad
Recocido despueacutes del trefilado- Disminuye la alineacioacuten de las cadenas- Efecto contrario al trefiladoc
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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-
Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero POLIacuteMEROS
Compara a las respuestas de otro tipo de poliacutemeros- Respuesta fraacutegil (poliacutemeros lineales entrecruzados y reticulados)- Respuesta plaacutestica (poliacutemeros semi-cristalinos)
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas POLIacuteMEROS
El moacutedulo de elasticidad la resistencia a la traccioacuten y la ductilidad (en porcentajede alargamiento) de los poliacutemeros se determinan como en los metales En la Tablasiguiente se dan los valores de estas propiedades mecaacutenicas correspondientes avarios materiales polimeacutericos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
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- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
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- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
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- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
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- Predeformacioacuten por trefilado
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- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
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- Ejercicios
- Ejercicios
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Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
a) Temperatura y velocidad de deformacioacutenLa elongacioacuten o deformacioacuten a la ruptura es muy pequentildea a bajastemperaturas (por debajo de la Tg) e incluso el material nopresenta fluencia por lo que es muy fraacutegilA medida que se va incrementando la temperatura la deformacioacuten ala ruptura aumenta y aparece la fluencia Luego la elongacioacuten a laruptura incrementa enormemente aunque vuelve a descendercuando el material es suave por sobre la Tg o cercano a Tm Latensioacuten de fluencia disminuye en la medida que aumenta latemperatura Generalmente la disminucioacuten de la velocidad dedeformacioacuten tiene el mismo efecto que el aumento de latemperatura en el comportamiento esfuerzo-deformacioacuten es decirel material se comporta como maacutes blando y maacutes duacutectil
El conocimiento de los mecanismos de la deformacioacuten contribuyen acontrolar las caracteriacutesticas mecaacutenicas de estos materiales En estesentido existen dos modelos de deformacioacuten diferentes Uno deellos implica la deformacioacuten plaacutestica que ocurre en los poliacutemerossemicristalinos
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
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POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
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2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
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3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Influencia de latemperatura en lascaracteriacutesticas esfuerzo-deformacioacuten delpoli(metacrilato demetilo)
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Ejercicios
- Ejercicios
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Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
b) Peso molecularPoliacutemeros de muy bajo peso molecular son liacutequidos viscosos si laTg estaacute por debajo de la temperatura ambiente por lo que amedida que aumenta el peso molecular este se va comportarcomo un caucho Poliacutemeros de muy bajo peso molecular peroque tienen la Tg por encima de la temperatura ambiente sonextremadamente fraacutegiles hasta que logran alcanzar un pesomolecular especiacutefico de tal manera que logran soportar mayorcargaLas cadenas enlazantes tienen la caracteriacutestica de que son muybuenas para transmitir y propagar tensiones producto de suunioacuten a dos o maacutes cristales por lo que poliacutemeros con una grancantidad estas moleacuteculas tendraacuten una fractura maacutes duacutectil puestoque se dificulta la concentracioacuten de tensiones en un soacutelo puntode la probeta Asiacute poliacutemeros de bajo peso molecular y pocacantidad de cadenas enlazantes tendraacuten un comportamientofraacutegil producto de que existiraacuten zonas de alta concentracioacutendonde se produciraacute la fractura
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
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POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
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3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
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POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
Efecto de algunos paraacutemetros sobre el comportamiento mecaacutenicoen traccioacuten
c) Cristalinidad Los cristalitos a temperaturas por debajo de laTg tienden a hacer poliacutemeros fraacutegiles con baja resistenciaEsta fragilidad puede venir por deformacioacuten impuesta sobrela fase amorfa de parte de los cristales o por la presencia dehuecos producidos durante el proceso de cristalizacioacuten odesde la concentracioacuten de tensioacuten producida por lo mismoscristales Un aumento en la cristalinidad implicara unaumento en el moacutedulo y en la tensioacuten de fluencia perotraeraacute consigo una disminucioacuten en la elongacioacuten de fluencia yde la deformacioacuten a la ruptura
d) Copoliacutemeros y plastificantes Brevemente se puede decirque los plastificantes tienen como funcioacuten la de disminuir laTg en el poliacutemero aunque en muchas ocasiones se puedeobservar un descenso en la cristalinidad Por otro ladomuchos copoliacutemeros tienen la facultad de disminuir lacristalinidad y cambiar la morfologiacutea y a veces cambiar la Tgdel poliacutemero resultante por lo que su efecto se puedededucir de lo comentado anteriormente
Continuacioacutenhellip POLIacuteMEROS
VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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- Nuacutemero de diapositiva 2
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- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
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- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
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- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
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- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
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- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
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- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
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- Ejercicios
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VENTAJAS APLICACIONES
Tf Faacutecilprocesado
Productos de elevado consumo
ε Elevada ductibilidad
NeumaacuteticosPlaacutesticos para embalaje
ρ Productosligeros
Industria automotrizAeronaacuteuticaAeroespacial
σt Aislantes teacutermicos
Construccioacuten
σe Aislantes eleacutectricos
Recubrimiento para cables
Rquiacutemica Elevada Rcorrosioacuten
Tuberiacuteas RecipientesRecubrimientos
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1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
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2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
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3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
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4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
-
Ejercicios
POLIacuteMEROS
1) Una muestra de polietilenterftalato(PET) se enfriacutea raacutepidamente desde 300ordmC(A) hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido yperfectamente transparente Esquematizarel diagrama volumen especiacutefico vstemperatura de este proceso y explicarlo
Tg=69degCTm=267degC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
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6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
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- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
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7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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- Estructura de diferentes poliacutemeros
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- Estructura fiacutesica
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2) La muestra de PET en el estado (B) delejercicio se calienta hasta 100ordmC y semantiene a esta temperatura hasta que seobserva que la muestra adquiere unaapariencia transluacutecida (C) entonces seenfriacutea hasta temperatura ambiente (B) y dacomo resultado un material riacutegido ytransluacutecido Explicar este procesoEsquematizar el diagrama volumenespeciacutefico vs temperatura si esta muestraen el estado (D) se calentara hasta 300 ordmC
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3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
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4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
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7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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Ejercicios
POLIacuteMEROS
3) La Figura muestra lacurva esfuerzo-deformacioacuten de unelastoacutemero Utilizando lacurva calcule y trace elmoacutedulo de elasticidad enfuncioacuten de ladeformacioacuten y expliquelos resultado
Ejercicios
POLIacuteMEROS
4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
Ejercicios
POLIacuteMEROS
5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
Ejercicios
POLIacuteMEROS
6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
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- Ejercicios
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4) Una barra polimeacuterica de ancho de 1 cmespesor 1 mm y largo de 10 cm se ha elongado2 mm La fuerza necesaria es 600 N iquestCuaacutel esel valor del moacutedulo de elasticidad (E)
119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866 =119865119865119860119860 =
600 11987311987310minus5 119901119901
= 60 119872119872119875119875119866119866 = 60119909119909106119875119875119866119866
119860119860 = 10minus2 119901119901 10minus3 119901119901 = 10minus5 1199011199012
119889119889119901119901119866119866119901119901119890119890119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =∆119871119871119871119871 =
2 119901119901119901119901100 119901119901119901119901 = 002
119864119864 =119889119889119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901 =60119872119872119875119875119866119866
002 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
119864119864 = 3000 119872119872119875119875119866119866 = 3119866119866119875119875119866119866
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
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6) iquestCuaacuteles seriacutean dos maneras por las cuales larigidez de un material puede incrementarse
- Orientacioacuten de las cadenas polimeacutericascomo las fibras
- Reforzamiento por rellenos comopartiacuteculas duras o fibras cortas
Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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5) En general el valor para el moacutedulo de elasticidad (E) de3GPa es encontrado para poliacutemeros duros y amorfos en elestado viacutetreo iquestPor queacute el valor de E para el policarbonato (PC)es solamente 21 Gpa
A menos que el valor de Tg pueda ocurrir una transicioacutensecundaria como en el PC por eso el E a temperaturaambiente es significativamente menor
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7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
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Ejercicios POLIacuteMEROS
7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
EjerciciosPOLIacuteMEROS
9) Sobre una barra de polietileno de alta densidad seaplica una pequentildea tensioacuten uniaxial de 1 MPaa) iquestCuaacutel es la deformacioacuten resultanteb) Repiacutetase para una barra polipropilenoc) Repiacutetase para una barra de poliestireno
- POLIacuteMEROS
- Nuacutemero de diapositiva 2
- Nuacutemero de diapositiva 3
- Caracteriacutesticas principales
- Nuacutemero de diapositiva 5
- Nuacutemero de diapositiva 6
- Nuacutemero de diapositiva 7
- Nuacutemero de diapositiva 8
- Nuacutemero de diapositiva 9
- Nomenclatura
- Diferencias en los mecanismos de polimerizacioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Poliacutemeros de adicioacuten de uso frecuente
- Poliacutemeros de condensacioacutende uso frecuente
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Procesos de reaccioacuten
- Copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Secuencia en copoliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Estructura de diferentes poliacutemeros
- Configuraciones moleculares
- Estructura fiacutesica
- Estructura fiacutesica
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Modelos de cristales polimeacutericos
- Cristalinidad en poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Continuacioacutenhellip
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- Distribucioacuten de pesos moleculares
- ACTIVIDAD 7 Disentildeo y seleccioacuten de materiales para componentes polimeacutericos
- Arreglo de las cadenas polimeacutericas en los termoplaacutesticos
- Temperatura de transicioacuten viacutetrea y temperatura de fusioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Propiedades comunes de los poliacutemeros
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Comportamiento viscoelaacutestico
- Comportamiento reoloacutegico de poliacutemeros fundidos y en disolucioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacuten
- Fluidos Newtonianos y no Newtonianos
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Continuacioacuten
- Propiedades Mecaacutenicas
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Ensayos de tensioacuten
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Predeformacioacuten por trefilado
- Respuesta a la traccioacuten elastoacutemero
- Caracteriacutesticas mecaacutenicas y termomecaacutenicas
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
- Continuacioacutenhellip
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- Ejercicios
- Ejercicios
- Ejercicios
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7) Las dimensiones de una barra de poliacutemeroson 1 in x 2 in x 15 in El poliacutemero tiene unmoacutedulo de elasticidad de 600 000 psi iquestQueacutefuerza se requiere para estirarla en formaelaacutestica hasta 1525 in
σ = 119864119864ε = 600 000 119901119901119875119875119901119901 001667 119901119901119901119901 119901119901119901119901 = 10000 psi
119864119864 =σε
=119889119889119875119875119890119890119898119898119889119889119866119866119901119901119866119866
119866119866119889119889119890119890119866119866119866119866119901119901119866119866119901119901119901119901119901119901119901
ε =∆119871119871119871119871 =
1525 11990111990111990111990115 119901119901119901119901 = 001667
119865119865 = σ119860119860 = 10000 119901119901119875119875119901119901 1 119901119901119901119901 2 119901119901119901119901
119865119865 = 20000119901119901119897119897
σ =119865119865119860119860 there4
119864119864 =σε
there4
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