Ingeniera De Los Materiales Plasticos Tema 1

Polímeros y plásticos Dr. Omar A. Jiménez

Familias de materiales • Existen 3 familias Polímeros

Metálicos

Compuestos

Cerámicos

Ingeniería del plástico

Tema 1

Polímeros • Materiales con amplio y creciente uso • Fácilmente conformables • Conformado por macromoléculas basadas en unidades estructurales repetitivas

Ingeniería del plástico

Tema 1

Polímeros • Estos materiales están compuestos principalmente de: C, Si, F, O, H, N • Tienen por lo regular una baja densidad, similar a la del agua • Sus propiedades mecánicas son relativamente bajas • Sus principales ventajas son su relación propiedaddensidad (propiedades específicas) y su facilidad de conformado • Regularmente estables a bajas temperaturas • Temperaturas de fusión bajas • Ejemplos: Polietileno, Celulosa, Nylon, Policarbonato, Acrilicos, Unicel

Ingeniería del plástico

Tema 1

Diferencia entre polímero y plástico • Los polímeros refieren a los materiales obtenidos de un proceso de polimerización. • Los plásticos normalmente los referimos a los materiales que serán procesados para obtener una pieza. Estos materiales contienen polímeros, aditivos, cargas y refuerzos Ingeniería del plástico

Tema 1

Familias de plásticos

Ingeniería del plástico

Tema 1

El plástico en el mundo Uso de los diversos hules comerciales en los Estados Unidos

Ingeniería del plástico

Tema 1

El plástico en el mundo Principales países en la industria del plástico en el año 2000. unidades en miles de millones de dólares

Ingeniería del plástico

Tema 1

El plástico en el mundo

Ingeniería del plástico

Tema 1

El plástico en México • Consumo de plásticos en México en 1999: 32 Kg por habitante /año, • Consumo reducido en comparación de nuestros principales socios comerciales: EUA:150 Kg; Canadá: 160Kg; Unión Europea:140 Kg

Ingeniería del plástico

Tema 1

El plástico en México • Mercado de consumo en ascenso • Representa el 3.5 del PIB con 11,380 Millones de USD generados • Déficit en el sector

Ingeniería del plástico

Tema 1

Estructura de la industria en México ~ 4,500 empresas ~ 180 mil empleos directos

~ 25 empresas especializadas ~ 300 empleos directos

Proveedores Proveedores de de Servicios Servicios

Petroquímic Petroquímic aa Secundaria Secundaria (monómeros (monómeros ))

Proveedores Proveedores de de Resinas Resinas yy Aditivos Aditivos

Transformació Transformació nn de Plásticos de Plásticos

~ 4,100 empresas productoras ~ 170 mil empleos directos

Usuarios Usuarios Intermedios Intermedios de de Plásticos Plásticos

Consumidor Consumidor Final Final

Maquinaria, Maquinaria, Equipo Equipo yy Herramental Herramental ~ 80 empresas fabricantes ~ 160 empresas distribuidoras ~ 9 mil empleos directos

Ingeniería del plástico

~ 20 empresas fabricantes ~ 100 empresas distribuidoras ~ 1,200 empleos directos

Tema 1

Distribución de la industria en México Nuevo León 401 Baja California 130

Jalisco 616

Guanajuato 271 D.F 1,133

Edo. de México 760

Puebla 132

Otros Estados 935 Total 4,378 empresas

Fuente: INEGI, 2000

Ingeniería del plástico

Tema 1

Naturaleza química y arquitectura de polímeros

• Unidad estructural – Estructuras cíclicas se presentan a lo largo de toda la molécula, y pueden ser identificadas como el mínimo componente estructural repetitivo

Ingeniería del plástico

R

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C

C

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C

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C

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H

H

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H

Tema 1

• Monómero – Substancias que contienen moléculas que al unirse dan como resultado una macromolécula, teniendo una configuración muy similar a la presentada por la unidad estructural del polímero

Ingeniería del plástico

R

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C

C

H

H Tema 1

• Cadena polimérica – Estructura creada por la reacción de los monómeros o químicos precursores. Macromolécula

R

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H

H

Ingeniería del plástico

Tema 1

• Grado de Polimerización – Se refiere a la longitud de una cadena polimérica por medio de la cantidad de unidades estructurales que la conforman. – Esta longitud está determinada por la disposición de moléculas que puedan ser adheridas a la cadena polimérica y la capacidad de esta de crecer al momento de la reacción

Ingeniería del plástico

Tema 1

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1

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Ingeniería del plástico

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6

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C

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H

Tema 1

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n

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9

….

…..

R

H

C

C

H

H

n

• Tacticidad – Refiere a la disposición de grupos funcionales alrededor de una cadena polimérica. Puede ser isotáctica, sinditáctica, atáctica

Ingeniería del plástico

Tema 1

Tipo de polimerización Polimerización por adición • Las moléculas del monómero se unen entre si para formar la cadena de polímero, sin que se desprendan partes de la molécula • Las etapas del proceso son:

– Iniciación: algunas moléculas del monómero reaccionan con el iniciador, el cual rompe los dobles enlaces de carbono para formar un compuesto intermedio, de estructura molecular idéntica al monómero. A este proceso se le conoce como activación.

Ingeniería del plástico

R

H

C

C

H

H

A A

Tema 1

R

H

C

C

H

H

Tipo de polimerización – Propagación: Al interaccionar las moléculas de monómero activadas por el iniciador con las otras moléculas de monómero, estas últimas reaccionan rompiendo sus dobles enlaces y adicionándose a la cadena, pasando de esta forma el centro activo a la molécula recién adherida. Esta reacción continúa mientras haya monómeros disponibles y continúe activo el centro activo.

A

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R

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C

C

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Ingeniería del plástico

A

A

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C

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H

Tema 1

Tipo de polimerización – Terminación: Esta se da cuando los centros activos interaccionan entre ellos o bien cuando existe una sustancia que inhiba la reacción (terminador)

A

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R

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C

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C

C

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H

H

H

……

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H

H

Ingeniería del plástico

R

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R

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C

C

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H

H

……

Tema 1

T

R

H

R

H

C

C

C

C H

H

H

H

H

Tipo de polimerización Polimerización por condensación • En este tipo de polimerización se obtienen las macromoléculas a partir de monómeros que contienen 2 o más grupos reactivos, que al reaccionar intermolecularmente, forman una molécula mayor (polímero) y una molécula menor (subproducto)

O

O

CH3-CH2OH + CH3-C-OH Alcohol etílico

CH3-CH2-O-C-CH3+H2O Agua Etil acetato

Acido acético

O -O-C-

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Grupo ester

Tema 1

Tipo de polimerización Polimerización por condensación •

Al ser la reacción en cadena más lenta se pude controlar más fácilmente la reacción que en los procesos de adición, siendo más fácil determinar el peso molecular y el grado de polimerización

•

En este tipo de reacciones podemos ubicar la formación los políesteres, poliamidas, polianhídridos, polisulfuros, siliconas, poliacetales, resinas fenólicas y resinas amino

Ingeniería del plástico

Tema 1

Tipo de polimerización

Polimerización por condensación • Los monómeros usados en este tipo de polimerización están conformados por moléculas orgánicas con grupos funcionales. – Tiene que ser difuncional para permitir la reacción con otros grupos y crecer. – Con funcionalidad mayor a dos, la cadena crecerá en más de dos direcciones, pudiendo crear cadenas ramificadas o estructuras de red tridimensionales

Etilen glicol

O

O

nHO-CH2-CH2-OH+nHO-C-

Acido teraftálico

-C-OH

O

O

H-O-CH2-CH2-O-C-

-C-OH+(2n-1)H2O n

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Tema 1

Poli(etilen tereftalato)

Tipo de polimerización Copolimerización Cuando en el proceso de polimerización se involucran 2 o más monómeros para incorporarse a un alto • polímero, tenemos un proceso de copolimerización. Los monómeros tienden a formar cadenas de polímeros primarios, que se combinan para conformar las • cadenas del copolímero.

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Tema 1

Polímeros amorfos Está presente en todos lo plásticos Comportamiento característico de los polímeros amorfos: a bajas temperaturas estos polímeros son vidriosos, duros y frágiles. Al elevarse la temperatura presentan una transición en la cual el material pasa del comportamiento de tipo vidrio a uno tipo goma cuando se alcanza la Temperatura de transición vítrea (Tg) Cuando se supera Tg, los polímeros amorfos entrecruzados presentan un comportamiento elástico gomoso (de hule). • Los polímeros lineales fluirán arriba de esta temperatura. • La existencia de polímeros puramente amorfos se debe en parte a irregularidades en la estructura de la cadena. Ej viniles atácticos y copolímeros estadísticos. • Cadenas poco simétricas o con un elevado número de ramificaciones, tendrán como consecuencia que el polímero resultante no pueda cristalizar • • • • •

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Tema 1

movimiento de una cadena por medio de reptación, mecanismo típico en polímeros amorfos

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Tema 1

Polímeros cristalinos • • • • • • • •

Los polímeros presenta cierto orden, Posee un cierto patrón de difracción de rayos X, Presentar una transición de primer orden en el fundido La existencia de cristales en un polímero depende en gran parte de la tacticidad de la cadena y la regularidad de la misma. polímeros isotácticos y sindiotácticos se tiene por lo regular un cierto grado de cristalinidad. los polímeros atacticos no serán cristalinos salvo cuendo los grupos funcionales son muy pequeños, Los copolímeros estadísticos, al ser estos muy irregulares en las cadenas, no pueden formar cristales. En el caso de mezclas de polímeros isatácticos y atácticos se tiene un disminución de la cristalinidad, siendo esta solo aquella que genere la parte isotáctica

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Tema 1

las celdas unitarias de las estructuras cristalinas en los polímeros no contienen moléculas, sino unidades estructurales • Los patrones de difracción de rayos X reflejan un tamaño de celda unitaria similar a la de otros materiales, pese a • estar conformado por macromoléculas Existencia de una fracción importante de material en estado amorfo. • La temperatura de fusión (Tf) siempre sera mayor que la temperatura de transición vítrea. • Se presente un comportamiento duro y rígido bajo de Tg, pero relativamente flexible entre Tg y Tf, • Ej. polietileno, con Tg= -80° y Tf=139°. •

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Modelo fringed Michelle o de flequillos para la formación de estructuras cristalinas

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Tema 1

• La parte amorfa cuando tiene un comportamiento vítreo, da como lugar un polímero rígido. • Cuando se encuentra arriba de Tg, se tiene un comportamiento gomoso debido a que los cristales mantienen el estado sólido. • Importancia de la zona amorfa – La mayor resistencia a la tracción del polietileno en relación a las ceras de bajo peso molecular se atribuiría a las cadenas amorfas que salen y entran de diversos cristales, manteniéndolos unidos

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Monocristales de polímeros • Obtenidos a partir soluciones con baja concentración por medio de la evaporación del solvente o del precipitado del polímero contenido. • En el caso de polietileno, los monocristales formados tienen una forma de diamante

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Tema 1

Modelo de “cadenas plegadas”. • Las cadenas se doblan sobre si mismas de forma sucesiva, creando una estructura compacta • Múltiple entrada y salida de las cadenas. • En varios polímeros, los cristales no son estructuras planas, pudiendo formar pirámides huecas que se colapsan al secarse

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Tema 1

• Monocristales de copolimero de polioxido de etileno

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Cristales a partir de fundido

• No son monocristales • la estructura cristalina tiene un estructura esferoidal llamada esferulita, • Su crecimiento se hace a partir del centro por medio de los los planos cristalinos o lamelas

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Tema 1

• Las lamelas conforman el equivalente a los cristales simples • El empaquetamiento de estas cadenas es mucho más irregular. • Entre la estructura lamelar existe una gran cantidad de material amorfo. • Las lamelas están unidas entre si por cadenas que se comparten, formando estructuras denominadas ligas intercristalinas. Ingeniería del plástico

Tema 1

Cristales en mezclas de polímeros miscibles Réplica de hedreditas formadas en un film a partir de fundido cristalizado de poly(4-methilpenteno-1)

Ingeniería del plástico

Tema 1

Cristales en mezclas de polímeros inmiscibles • Mezcla de polipropileno isotéctico/poli-isobutadieno

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Tema 1

Porcentaje de cristalinidad • Los polímeros no logran cristalizar al 100% • Imposibilidad de las cadenas poliméricas de agruparse ordenadamente en un periodo finito de enfriamiento • Calculo del porcentaje de cristalinidad basándose principalmente en sus propiedades térmicas y densidades

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Tema 1

• Técnicas calorimétricas como el DSC

Ingeniería del plástico

Tema 1

• Comparación de la densidad del material respecto a la densidad teórica de la parte cristalina determinada a partir de estudios de la estructura con rayos X. • La densidad de la parte amorfa puede ser extrapolada a partir de la densidad del fundido hacia la temperatura de interés.

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Tema 1

 ρ material − ρ amorfo  %Cristalini dad =   × 100  ρ cristalino − ρ amorfo 

ρ material

densidad del material real en estudio

ρ amorfo densidad de la fracción amorfa del material

ρ cristalino

Ingeniería del plástico

densidad de la fracción cristalina del material

Tema 1

• la mayor parte de los polímeros semicristalinos poseen entre un 40% y 75% de cristalinidad, • El politetraflouroetileno llega a un 90 % • El PVC alcanza un 15% de cristalinidad

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Tema 1

Relación estructura-propiedades Los factores moleculares tienen gran influencia en las propiedades de los materiales poliméricos, siendo los de más relevancia: • Peso molecular • Intensidad de las fuerzas intermoleculares • La simetría de la unidad estructural • Regularidad estructural de la cadena • Flexibilidad de la cadena polimérica

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Tema 1

Peso molecular • las principales propiedades de interés tienen valores que les hacen atractivos cuando se alcanzan en este valores altos. • los plásticos la alta resistencia mecánica, elevada temperatura de transición vítrea o de fusión, así como la elasticidad de los cauchos, se presentan cuando el peso molecular es elevado. • En contraste, a mayor peso molecular es más difícil la manipulación del polímero, • Se debe llegar a un equilibrio entre este factor y la mejora de las propiedades, considerando el uso final que tenga el material.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Influencia de la estructura cristalina

• la configuración de la tacticidad de la cadena polimérica determina la cristalinidad del material. • El que una cadena sea lineal, ramificada o entrecruzada permitirá o limitará los movimientos de las moléculas al interior del material. • La limitación de los movimientos de las cadenas al igual que la cristalinidad del material influirá en determinadas propiedades del material. Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades térmicas • Altas temperaturas de fusión en los polímeros, se asocian por lo regular con estructuras altamente regulares, moléculas rígidas, capacidad de empaquetamiento compacto, fuertes atracciones entre las cadenas o varios de estos factores combinados. • Las propiedades térmicas, y en especial el punto de fusión dependen de la estructura cristalina. • Los polímeros amorfos no se tiene la transición del punto de fusión, y sin embargo poseen la temperatura de transición vítrea, que no existe en la fracción cristalina de los polímeros Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades térmicas • Si la unión dentro de las cadenas es sumamente rígida, como en el caso del poliéster, hace que la temperatura de fusión aumente • Si se tienen uniones muy flexibles como aquellas que presentan los grupos alifáticos, se tendrán temperaturas de fusión menores. • Implicación: los poliesteres alifáticos no son usados para la fabricación de ropa, pues se funden cuando se utilizan planchas o aún en el lavado. • Los poliesteres aromáticos y los nylon alifáticos tienen suficientemente alta la temperatura de fusión para ser usados en la industria del vestido

Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades térmicas • La capacidad de lograr estructuras de empaquetamiento más compactas permitirá una mayor atracción entre las cadenas y dificultará el deslizamiento de las mismas, • Se requerirán mayores temperaturas para proveer la energía necesaria que permita a la cadena moverse • La conductividad térmica y el calor específico también se verán afectados en cierto grado por la estructura cristalina. • En el primer caso se puede deducir que un polímero con un arreglo más compacto en su estructura cristalina será capaz de conducir mejor el calor debido a que las vibraciones de las cadenas se trasmitirán más fácilmente a lo largo del material.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades mecánicas • un polímero cristalizado ocupará un menor espacio que uno amorfo. De esta forma los cambios de densidad ocasionados por la cristalización de los centros del material acentuarán más las contracciones durante los procesos con polímeros semicristalinos • El comportamiento del material al aplicársele una carga dependerá tanto de la estructura cristalina como de la orientación que las cadenas hayan tomado en el momento de su procesado Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades mecánicas • El módulo elástico dependerá de la temperatura de transición vítrea. • En materiales amorfos el valor cae drásticamente. • Cuando esta presente una fase cristalina, esta obliga al material a conservar una forma determinada • En lugar de fluir como es el caso de los amorfos, se tiene un comportamiento más flexible con una caída no tan marcada del valor de modulo elástico Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades mecánicas • Dado que al generarse ramificaciones o entrecruzamientos en las cadenas poliméricas, estos ocasionan una pérdida de movilidad de las cadenas, por lo que los materiales aumentan su módulo elástico. • Consecuencia: – Materiales termoestables por lo regular tienen un mayor módulo que los termoplásticos. – Cuando se tiene un nivel no muy alto de entrecruzamiento y el resto del material es amorfo, se pueden tener cauchos termoplásticos Ingeniería del plástico

Tema 1

Diferentes comportamientos según la estructura Semicristalino

Entrecruzado

Amorfo

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Propiedades mecánicas Comportamiento a fractura • La presencia de fases cristalinas puede aumentar la resistencia a la propagación de grietas cuando se tiene un material debajo de Tg • La resistencia a la fractura se ve influenciada por la orientación de las cadenas. • La energía necesaria para propagar un grieta es menor si esta crece de forma paralela a las cadenas poliméricas que si intenta hacerlo de forma perpendicular a las mismas. • Este comportamiento es más acentuado en materiales semicristalinos

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Tema 1

Efecto de la orientación del material 60000

wf=Wf/((W-a)b) (Joule/m2 )

50000

40000

30000

20000

10000

0 0

5

10

15

20

25

W-a (mm)

Curvas wf vs (w-a) para ensayos EWF con probeta DENT.  b=2 MD;  b=2 TD;  b=3 MD;  b=3 TD (MD-dirección paralela al flujo TD- Dirección perpendicular al flujo) Ingeniería del plástico

Tema 1

Efecto de la orientación del material

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Tema 1

Propiedades ópticas • La existencia de fases cristalinas dentro del material genera un medio con propiedades ópticas no continuas, • Se tiene una mayor dispersión de los haces luminosos dentro mismo • Como consecuencia se tiene un material translúcido u opaco • los materiales poliméricos que son transparentes son por lo general amorfos (ej- poliestireno, PET, PMMA). • Lo anterior no implica que las fases cristalinas sean trasparentes al estar aisladas, y dependerá en gran medida de las características de la cadena polimérica

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Tema 1

Propiedades ópticas • Esta influencia de la estructura cristalina en las propiedades ópticas del polietileno, • fundido es trasparente • A espesores pequeños (y por ende con enfriamiento rápido) se pueden tener secciones trasparentes • Espesores grandes, se formará una fase cristalina debido a un enfriamiento más lento de la parte central, lo que deriva en su color traslucido Ingeniería del plástico

Tema 1

Propiedades ópticas • PET • Secciones trasparentes de hasta 3 o 4mm de espesor facilmente, • Espesores por arriba de 5 mm la parte central del material empezará a cristalizar antes de solidificarse si no se tiene la velocidad de enfriamiento adecuado, • Poco factible mantener la trasparencia en espesores cercanos a los 10 mm

Ingeniería del plástico

Tema 1

Ingeniería del plástico

Tema 1

Curva Esfuerzo-deformación

Esfuerzo (MPa)

50 40 30 20 10

PS

PS+HIPS

HIPS

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

deformación (mm /m m)

Ingeniería del plástico

Tema 1

0.5

0.6

Curva Esfuerzo-deformación

45

Esfuerzo (MPa)

40 35 30 25 20 15 10 5

PS

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

deformación (mm/mm)

Ingeniería del plástico

Tema 1

PS+HIPS 0.1

HIPS 0.12

0.14

Plástico

Resitencia a la tracción (MPa)

Elongación a al ruptura %

A. Plásticos amorfos Poliestireno

50

2.5

Poli metil metacrilato

65

10

Poli cloruro de vinilo

50

30

Poli bisfenol carbonato

60

125

B. Plásticos semicristalinos Polietileno de alta densidad

30

600

Polipropileno

33

400

Poli tetraflouroetileno

25

200

Poliamida 66 (nylon 66)

80

200

Poli etilen tereftalato

54

275

C. Termoestables Resina fenol formaldehido

55

1

Resina epóxica

90

2.4

Resina poliéster no saturada

60

3

Ingeniería del plástico

Tema 1

Curva Esfuerzo-deformación 45

Esfuerzo (MPa)

40 35 30 25 20 15 10 5

PS

0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

deformación (mm/mm) Ingeniería del plástico

Tema 1

HIPS 0.06

0.07

Material

Módulo de elasticidad (rango) GPa

Módulo de elasticidad (promedio) GPa

PS

1.79-3.38

3

HIPS

1.1-3.03

2

LDPE

.139-0.35

0.21

HDPE

0.18-1.6

0.911

PP

0.5-7.6

1.9

ABS

1.79 - 3.2 

2.4

PMMA

2.2 - 3.8 

3.1

Acetato de celulosa

1.5 - 2.2 

1.8

Nylon 46

1 - 3.3

2.2

Nylon 6

0.3 - 4

1.6

Nylon 66/6

0.32 - 3.7 

2

PC

1.6 - 2.4 

2.3

PVC Flexible

0.002 - 0.019 

0.0076

Ingeniería del plástico

Tema 1

Comportamiento de los polímeros respecto a la temperatura y la velocidad de deformación

Ingeniería del plástico

Tema 1

Comportamiento de los polímeros respecto a la temperatura y cristalinidad

Ingeniería del plástico

Tema 1

Regiones del comportamiento de los materiales poliméricos Región vítrea Región de transición vítrea

Región viscoelástica Región de flujo gomozo Región de flujo líquido

Ingeniería del plástico

Tema 1

Cedencia A deformación constante

Ingeniería del plástico

Tema 1

Cedencia A carga constante

Ingeniería del plástico

Tema 1

Mecanismos de fluencia en materiales poliméricos Ruptura de cadenas:

Ingeniería del plástico

Tema 1

Mecanismos de fluencia en materiales poliméricos Intercambio de uniones

Ingeniería del plástico

Tema 1

Mecanismos de fluencia en materiales poliméricos Relajación

Ingeniería del plástico

Tema 1

Mecanismos de fluencia en materiales poliméricos •

Fluido viscoso: Derivado del deslizamiento de las cadenas lineales sobre otras cadenas, este mecanismo es el responsable del fluido viscoso en tubos y del flujo elongacional bajo esfuerzos, como ocurre en el caso de la boligoma.

•

Relajación molecular, especialmente cerca de Tg: las cadenas fluyen con facilidad debido a la disposición de energía cerca de Tg. Esta condición hace que el esfuerzo se relaje casi a la misma velocidad que la aplicación de la carga.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Modelos para el estudio de la cedencia

Ingeniería del plástico

Tema 1

Modelos para el estudio de la cedencia

Modelo de 4 elementos Ingeniería del plástico

Tema 1

Principio de superposición de tiempo temperatura • Para materiales viscoelásticos el tiempo y la temperatura son equivalentes – Datos a una temperatura puedan ser superpuestos a datos a otra temperatura por medio del desplazamiento de las curvas a lo largo del eje logarítmico del tiempo.

• Importancia: – Solo se pueden obtener datos para una escala reducida de tiempo, de 1 a 105 segundos. – Por medio de este se logra hacer una estimación del módulo de relajación y de otras propiedades a lo largo de varias décadas de tiempo

Ingeniería del plástico

Tema 1

Principio de superposición tiempotemperatura

Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos •En deformaciones cíclicas, los patrones de esfuerzo y deformación se repiten sucesivamente por decenas de miles de veces. • Aún cuando el esfuerzo se encuentre muy por debajo del esfuerzo de fractura registrado en tracción simple, las grietas pueden crecer y la muestra fallará Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos Mecanismos principales: a)La muestra puede incrementar su temperatura debido a un calentamiento adiabático, en especial en la punta de grieta b)El crecimiento de la grieta misma.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos • Materiales con altos pesos moleculares con distribuciones reducidas son por lo general más resistentes a la fatiga. • Cambios químicos como ruptura de uniones tienden a minimizarse. • Son deseables las deformaciones viscoelásticas de las cadenas, – absorben energía – evitan el crecimiento de las grietas – siempre y cuando la pieza no se caliente en exceso.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos • Cambios morfológicos como la orientación y la cristalización también absorben energía y son deseables • Muestras bajo ciclos de esfuerzo a frecuencias y temperaturas cercanas a la temperatura de transición o a transiciones secundarias – tenderán a calentarse más de lo normal, – se pude ocasionarse un reblandecimiento o degradación del material. – Si la temperatura inicial está justo por debajo de Tg, la razón de calentamiento puede crecer al incrementarse el tiempo. Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos • El calentamiento adiabático ocasionado por la histéresis del material no es deseable. • Deformaciones no homogéneas, como las crazes y las bandas de cizalla – Absorben energía por lo que – Son mecanismos deseables, – En especial si las bandas aparecen antes de las crazes.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Fatiga de materiales poliméricos

Comportamiento a la fatiga de materiales poliméricos

Ingeniería del plástico

Tema 1

Etapas de producción de los plásticos Podemos distinguir tres etapas en la producción de plásticos: • Formulación de las resinas, partiendo del petróleo o el carbón mediante reacciones químicas de adición o condensación se obtienen polvos, gránulos, líquidos, escamas, láminas, tubos y formas estructurales. • Procesamiento plásticos, la materia prima se convierte a una forma sólida semiterminada o terminada. • Fabricación o acabado, utilizando un procesamiento secundario se obtienen piezas acabadas. Estas actividades son por ejemplo ensamble, unión, maquinado y soldadura

Ingeniería del plástico

Tema 1

Técnicas de procesamiento de plásticos • Moldeo por compresión

Moldeo por transferencia

Ingeniería del plástico

Tema 1

Moldeo de plástico por inyección

Moldeo de plástico por soplado.

Moldeo de plásticos por extrusión

Ingeniería del plástico

Tema 1

Calandrado de plásticos.

Moldeado por termoformado

Moldeo de plásticos por colado.

Ingeniería del plástico

Tema 1

Hilado de plásticos

Moldeo rotacional de plásticos (rotomoldeo) •Existen procesos que son combinación de 1 o mas de los anteriores •Su utilización dependerá del material, la aplicación de la pieza manufacturada y su volumen de producción Ingeniería del plástico

Tema 1

Aditivos comunes • Pigmentos: dan color a los plásticos. • Estabilizadores: evitan o retardan el deterioro de los plásticos por el medio ambiente. • Agentes antiestáticos. • Retardantes a la llama. • Lubricantes facilitan el conformado y disminuyen su viscosidad. • Plastificantes: disminuyen la temperatura de transición vítrea, con lo que se mejoran las propiedades y características de procesado. • Agentes espumantes • Refuerzos ( ejemplo: fibra de vidrio)

Ingeniería del plástico

Tema 1

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Compuestos • Conformado por 2 o más materiales que interactuan a nivel mecánico (sin que haya reacciones químicas entre ellos), • Conservan sus propiedades individuales, pero que en conjunto proporcionan nuevas características • Alta resistencia a los esfuerzos, alta tenacidad, vida de fatiga larga, así como una baja densidad. • Se puede manipular fácilmente la resistencia a la corrosión y al desgaste, la conductividad térmica, las propiedades acústicas • Es factible obtener una configuración óptima del material

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Tema 1

Tipos de materiales compuestos. • • • •

Compuesto reforzado con fibra continua o larga. Compuesto reforzado con fibras en tela Compuesto con fibras discontinuas Compuestos híbridos

Materiales para las fibras. Estos materiales son variados, dependiendo de su origen y su distribución en la matriz. Los materiales de mayor uso son: • Vidrio • Grafito • Aramidas (kevlar) • Boro • Otros - fibras naturales, metálicas, cerámicas, etc. Ingeniería del plástico

Tema 1

Materiales para la matriz. Permiten la distribución de esfuerzos entre una fibra y otra. Para las matrices se tienen principalmente: Matrices poliméricas • • • •

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Termofijas (epóxicas, fenólicas, poliester, etc.) Termoplásticas (Poliestireno, polipropileno, polietileno, etc.)

Metálicas Grafito Cerámicas

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Tema 1

Comportamiento mecánico de los compuestos • Depende de las propiedades de los constituyentes • Sigue en general la regla de las mezclas • Se ve afectado por la interrelación entre las diferentes partes (matriz, refuerzo e interfase)

Ingeniería del plástico

Tema 1

Ingeniería del plástico

Tema 1

Calculo de las propiedades Propiedad

Dirección Paralela o longitudinal

Módulo elástico En general Módulo de Poisson

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X 1 = X f v f + X m vn

1 1 1 = vf + vm X2 X f Xm

ν 12 = ν f v f + ν m vn

Módulo cortante en el plano

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Perpendicular transversal

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