Aceros Aleados y Materiales para Fundición

UNIVERSIDAD JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO.
ESCUELA DE CIENCIAS QUÍMICAS
Aceros aleados, Materiales para
fundición, Metales no ferrosos y
plásticos.
Ingeniería de Materiales
C.I.C.M. María Virginia Estrada Quiñones.
Aceros aleados.
• Son composiciones que
contienen
niveles
más
importantes de elementos de
aleación.
• Los aceros aleados no sólo poseen
propiedades físicas más convenientes,
sino que también permiten una mayor
amplitud en el proceso de tratamiento
térmico.
Cromo
• La adición del elemento cromo origina la
formación de diversos carburos de cromo
que son muy duros; sin embargo, el acero
resultante es más dúctil que un acero de
la misma dureza producido simplemente
al incrementar su contenido de carbono.
La adición de cromo amplía el intervalo
crítico de temperatura.
Níquel
• La adición de níquel al acero amplía el
nivel crítico de temperatura, no forma
carburos u óxidos. Esto aumenta la
resistencia sin disminuir la ductilidad. El
cromo se utiliza con frecuencia junto con
el níquel para obtener la tenacidad y
ductilidad proporcionadas por el níquel, y
la resistencia al desgaste y la dureza que
aporta el cromo.
Manganeso
• El manganeso se agrega a todos los
aceros como agente de desoxidación y
desulfuración, pero si el contenido de
manganeso es superior a 1%, el acero se
clasifica como un acero aleado al
manganeso. Reduce el intervalo crítico de
temperaturas.
Silicio
• Este
elemento
se
agrega
como
desoxidante a todos los aceros. Cuando
se adiciona a aceros de muy baja cantidad
de carbono, produce un material frágil con
baja pérdida por histéresis y alta
permeabilidad magnética. El uso principal
del silicio es, junto con otros elementos de
aleación, como manganeso, el cromo y el
vanadio, para estabilizar los carburos.
Molibdeno
• El molibdeno forma carburos y también se
disuelve en ferrita hasta cierto punto, de modo
que intensifica su dureza y la tenacidad. El
molibdeno abate sustancialmente el punto de
transformación. Debido a este abatimiento, el
molibdeno es de lo más eficaz para impartir
propiedades deseables de templabilidad en
aceite o en aire. Exceptuando al carbono, es el
que tiene el mayor efecto endurecedor y un alto
grado de tenacidad.
Vanadio
• es un fuerte desoxidante y promueve un
tamaño fino de grano, también acrecienta
la tenacidad del acero. El acero al vanadio
es muy difícil de suavizar por revenido,
por lo que se utiliza ampliamente en
aceros para herramientas.
Tungsteno (wolframio)
• Este elemento se emplea mucho en
aceros para herramientas, por que la
herramienta mantendrá su dureza aún
cuando estuviera candente o al rojo.
Produce una estructura densa y fina,
impartiendo tenacidad y dureza.
Materiales para fundición.
Hierro colado gris
• De todos los matrices para fundición, el
hierro gris es el que más comúnmente se
usa debido a su costo relativamente bajo,
la facilidad de ser fundido o colación en
grandes cantidades y a su fácil
maquinado. Las principales objeciones
son: su fragilidad y su baja resistencia a la
tensión. Este material no se suelda con
facilidad debido a que puede agrietarse.
Hierro colado blanco
• Si todo el carbono en un hierro de
fundición está en forma de cementita y
perlita sin que haya grafito, la estructura
resultante se conoce como hierro colado
blanco. Se puede producir en dos
variedades y uno u otro método dan por
resultado
un
metal
con
grandes
cantidades de cementita, y así el producto
será muy frágil y duro para el maquinado,
pero también muy resistente al desgaste.
Hierro colado maleable
• Si el hierro fundido blanco se somete a un
proceso de recocido, el producto se le
llama hierro colado maleable. Un hierro
maleable de buena clase puede tener una
resistencia a la tensión mayor que 350
Mpa., con una elongación de hasta el
18%. Debido al tiempo que se requiere
para el recocido, el hierro maleable
necesariamente es más costoso que el
gris.
Hierro colado dúctil o nodular
• Se combinan las propiedades dúctiles del
hierro maleable y la facilidad de fundición
y maquinado del gris, y que al mismo
tiempo poseyera estas propiedades
después del colado.
• El hierro colado dúctil es esencialmente el
mismo hierro maleable, sin embargo, el
hierro dúctil se obtiene agregando
magnesio al metal fundido.
• El hierro dúctil tiene un alto módulo de
elasticidad( de 172 Gpa). El hierro nodular
posee una resistencia a la compresión
que es mayor que la resistencia a la
tensión, aunque la diferencia no es tan
grande. Su intervalo de aplicaciones
resulta utilizable en piezas de fundición
que requieran resistencia a cargas de
choque o impacto
Hierros colados de aleación
• El níquel, el cromo y el molibdeno son los
elementos de aleación más utilizados con
el hierro fundido. El níquel aumenta la
resistencia y la densidad, mejora la
resistencia al desgaste. Cuando se agrega
cromo y níquel, la dureza y la resistencia
mejoran sin que haya reducción en la
maquinabilidad. El molibdeno aumenta la
rigidez, la dureza y la resistencia a la
tensión y al impacto.
Aceros para fundición
• la ventaja del proceso de colado es que piezas
con formas complejas se pueden fabricar a un
costo menor que por otros medios. Los mismos
elementos de aleación que se utilizan en aceros
para forja se emplean con los aceros para
fundición, a fin de mejorar la resistencia y otras
propiedades mecánicas. Las piezas de acero
fundido
también
pueden
ser
tratadas
térmicamente a fin de modificar las propiedades
mecánicas y, a diferencia de los hierros
fundidos, pueden ser soldadas.
METALES NO FÉRREOS
Aluminio
• las características sobresalientes
del aluminio y sus aleaciones son
su ventajosa relación de resistencia
peso, su resistencia a la corrosión y
su alta conductividad eléctrica y
térmica.
• El aluminio puro tiene una resistencia a la
tensión de aproximadamente 90 Mpa,
pero este valor puede mejorarse en forma
considerable por el trabajo en frío y por
aleación con otros materiales. El módulo
de elasticidad es 71 Gpa, lo que significa
que tiene más o menos un tercio de la
rigidez del acero.
• El aluminio se funde a los 660 °C, lo que
lo hace muy conveniente para la
reducción de piezas fundidas en molde
permanente o de arena.
• La resistencia a la corrosión de las
aleaciones de aluminio depende de la
formación de una delgada capa de óxido.
Esta película se forma espontáneamente
por que el aluminio es muy reactivo.
• Los elementos de aleación más útiles para
el aluminio son cobre, silicio, magnesio,
manganeso y hierro. Las aleaciones del
aluminio se clasifican como aleaciones
para fundición o aleaciones de forja. Las
primeras tienen mayores porcentajes de
elementos de aleación, con el fin de
facilitar el moldeo, pero esto dificulta el
trabajo en frío.
Magnesio
• la densidad del magnesio es igual a 2/3 de la del
aluminio y a ¼ de la del acero. Es el más ligero de todos
los metales de uso comercial, su mayor empleo está en
la industria aeronáutica. Aunque no tiene gran
resistencia a peso es comparable con las más
resistentes aleaciones de aluminio o de acero. El
magnesio no resiste temperaturas elevadas y su punto
de cedencia se reduce en forma notable cuando la
temperatura se lleva hasta un valor igual al punto de
ebullición del agua. Tiene un módulo de elasticidad de
45Gpa a tensión y compresión. Extrañamente ocurre
que el trabajo en frío reduce su módulo de elasticidad.
Aleaciones a base de cobre
• Aleaciones a base de cobre,
cuando el cobre es aleado con
zinc recibe el nombre de latón. Si
se liga con otro elemento, a
menudo se denomina bronce.
Existen cientos de variedades en
cada categoría.
Latones con 5 a 15% de zinc
• Son fáciles de trabajar en frío, en especial los que tienen
alto contenido de zinc. Son dúctiles, pero a menudo
resultan ser duros para el maquinado. La resistencia a la
corrosión es adecuada. Las aleaciones llamados latón
de dorar(5% Zn), bronce comercial(10% Zn), y latón
rojo(15% Zn). El primero se utiliza, principalmente, en
joyería, tiene las misma ductilidad que el cobre pero
mayor resistencia. El bronce comercial, se emplea
también en joyería y en la fabricación de piezas forjadas
y estampadas. Sus propiedades de maquinado son
deficientes, pero tiene excelentes propiedades para el
labrado en frío. El latón rojo posee buena resistencia a
la corrosión, así como resistencia a las altas
temperaturas.
Latones con 20% a 36% de zinc
• En este grupo figuran el latón de bajo
zinc(20%), el latón para cartuchos(30%) y el
latón amarillo(33%). El latón pobre en zinc es
muy semejante al latón rojo, y se utiliza en
artículos que requieren operaciones de estirado
profundo. El latón para cartuchos es el que tiene
la mejor combinación de ductibilidad y
resistencia. Aunque la maleabilidad en caliente
del latón amarillo resulta deficiente, se puede
usar prácticamente en cualquier otro proceso de
fabricación y, por tanto, en una gran variedad de
productos.
• La adición de plomo afecta las propiedades de trabajo
en frío y la unión por soldadura. En este grupo se tienen
el latón de bajo plomo(32.5%Zn, .5%Pb), el latón de alto
plomo (34% Zn, 2%Pb) y el latón de corte
libre(35.5%Zn, 3%Pb). El latón de bajo plomo no sólo es
fácil de maquinar, sino que tiene además excelentes
propiedades para el trabajo en frío. El latón de alto
plomo se emplea en la manufactura de piezas de
instrumentos diversos, cerraduras y relojes. El latón de
corte libre también se utiliza en piezas para tornos
automáticos y tiene buena resistencia a la corrosión con
excelentes propiedades mecánicas.
Latón con 36 a 40% de zinc
• Los latones con más de zinc son menos
dúctiles que el latón para cartuchos y no
pueden ser trabajados en frío en forma
severa. El metal Muntz es de bajo costo y
moderadamente resistente a la corrosión.
El metal naval tiene una adición de estaño
que contribuye a la resistencia a la
corrosión.
Bronces
• El bronce al silicio tiene propiedades
mecánicas iguales a las del acero dulce,
sí como buena resistencia a la corrosión.
Puede ser trabajado en frío o en caliente,
maquinado o soldado. Es útil donde quiera
que se necesite resistencia a la corrosión
combinada con resistencia mecánica.
• El bronce al fósforo,
que contiene 11% de
estaño y fósforo en
pequeñas cantidades,
es
especialmente
resistente a la fatiga y
a la corrosión. Tiene
alta resistencia a la
tensión y también al
desgaste.
• El bronce al aluminio es una aleación
termotratable que contiene hasta 12% de
aluminio. Este metal tiene mejores
propiedades de resistencia mecánica y a
la corrosión que las del latón, y además
sus propiedades pueden ser variadas en
una amplia gama por trabajo en frío,
tratamiento térmico o cambio de
composición.
• El bronce al berilio es otra aleación
termotratable
que
contiene
aproximadamente 2% de berilio. Esta
aleación es muy resistente a la corrosión y
posee alta resistencia, gran dureza y
elevada resistencia al desgaste. Se utiliza
en resortes y otras piezas sujetas a
cargas por fatiga.
Plásticos.
• El término plástico (Invento de Leo Hendrik Baekeland
que vendió el primero llamado baquelita en 1909), en su
significación más general, se aplica a las sustancias de
distintas estructuras y naturalezas que carecen de un
punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de
temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad
que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes
formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido
restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos
obtenidos mediante fenómenos de polimerización o
multiplicación artificial de los átomos de carbono en las
largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos
derivados del petróleo y otras sustancias naturales.
• Los plásticos se caracterizan por una relación
resistencia/densidad alta, unas propiedades
excelentes para el aislamiento térmico y
eléctrico y una buena resistencia a los ácidos,
álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de
las que están compuestos pueden ser lineales,
ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del
tipo de plástico. Las moléculas lineales y
ramificadas son termoplásticas (se ablandan
con el calor), mientras que las entrecruzadas
son termoendurecibles (se endurecen con el
calor).
¿Qué son los polímeros?
• La materia esta formada por moléculas que pueden ser
de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas
polímeros.
• Los polímeros se producen por la unión de cientos de
miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros
que forman enormes cadenas de las formas más
diferentes. Algunas parecen fideos, otras tienen
ramificaciones, otras, globos, etc. Algunas se asemejan
a las escaleras de mano y otras son como redes
tridimensionales.
• La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra
vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y
aplicaciones variadas.
• Lo que distingue a los polímeros de los materiales
constituidos por moléculas de tamaño normal son sus
propiedades mecánicas. En general, los polímeros
tienen una muy buena resistencia mecánica debido a
que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las
fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la
composición química del polímero y pueden ser de
varias clases. Las más comunes, denominadas Fuerzas
de Van der Waals
Fuerzas de Van der Waals
• También llamadas fuerzas de dispersión,
están en las moléculas de muy baja
polaridad,
generalmente
en
los
hidrocarburos. Estas fuerzas provienen
de dipolos transitorios: como resultado de
los movimientos de electrones, en cierto
instante una porción de la molécula se
vuelve ligeramente negativa, mientras
que en otra región aparece una carga
positiva equivalente. Así se forman
dipolos no-permanentes. Estos dipolos
producen atracciones electrostáticas muy
débiles en las moléculas de tamaño
normal, pero en los polímeros, formados
por miles de estas pequeñas moléculas,
las fuerzas de atracción se multiplican y
llegan a ser enormes.
Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo.
• Debidas a dipolos
permanentes, como
en el caso de los
poliésteres.
Estas
atracciones
son
mucho más potentes
y a ellas se debe la
gran resistencia tensil
de las fibras de los
poliésteres.
Enlaces de Hidrógeno
• Como en las poliamidas (nylon), estas
interacciones son tan fuertes, que una
fibra obtenida con estas poliamidas tiene
resistencia tensil mayor que la de una
fibra de acero de igual masa.
• Otros polímeros
• Hay atracciones de tipo iónico que son las
más intensas.
• Se llaman ionómeros y se usan, por
ejemplo, para hacer películas
transparentes de alta resistencia.
• Un polímero (del griego poly, muchos;
meros, parte, segmento) es una sustancia
cuyas moléculas son, por lo menos
aproximadamente, múltiplos de unidades de
peso molecular bajo. La unidad de bajo peso
molecular es el monómero. Si el polímero es
rigurosamente uniforme en peso molecular y
estructura
molecular,
su
grado
de
polimerización es indicado por un numeral
griego, según el número de unidades de
monómero que contiene; así, hablamos de
dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y
sucesivos. El término polímero designa una
combinación de un número no especificado
de unidades. De este modo, el trióximetileno,
es el trímero del formaldehído, por ejemplo.
• Si el número de unidades es muy grande, se usa también la
expresión gran polímero. Un polímero no tiene la necesidad de
constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular,
y no es necesario que tengan todas la misma composición química
y la misma estructura molecular. Hay polímeros naturales como
ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas
individuales tienen todas el mismo peso molecular y la misma
estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros
sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes
poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición
química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia
de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la orientación
de unidades monómeras y la irregularidad en el orden en el que se
suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros.
Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades
del producto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos
casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros
cristalinos.
Polímeros isómeros
• Ciertos compuestos tiene
la misma fórmula química
pero sus átomos se
disponen
de
manera
diferente.
Estos
compuestos se denominan
isómeros. Existen distintos
tipos de isómeros, entre
ellos,
los
isómeros
estructurales
y
los
isómeros
ópticos
o
enantiómeros.
• Los polímeros isómeros son polímeros que
tienen esencialmente la misma composición de
porcentaje, pero difieren en la colocación de los
átomos o grupos de átomos en las moléculas.
Los polímeros isómeros del tipo vinilo pueden
diferenciarse en las orientaciones relativas
(cabeza a cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o
mezclas al azar de las dos) de los segmentos
consecutivos (unidades monómeras):
• Cabeza a cola
•
CH2
CHX CH2 CHX CH2 CHX
CH2 CHX
• Cabeza a cabeza
•
CH2 CH2 CHX CHX CH2 CH2
CHX CHX CH2
• y cola a cola o en la orientación de sustituyentes
o cadenas laterales con respecto al plano de la
cadena axial hipotéticamente extendida.
• La isomería cis-trans puede ocurrir, y
probablemente ocurre, para cualquier
polímero que tenga ligaduras dobles
distintas a las que existen en los grupos
vinilo pendientes (los unidos a la cadena
principal).
Tacticidad
Se refiere al ordenamiento espacial de las
unidades estructurales.
• Tacticidad proviene del griego taktikos, "orden" o
"arreglo". En polímeros se refiere al arreglo
esteroquímico en centros quirales de la
macromolécula. De acuerdo con la IUPAC, una
macromolécula con tacticidad es aquella en la cual
la configuración de las unidades repetitivas es
constante o igual. La tacticidad es particularmente
significativa para polímeros como los de vinilo, del
tipo: -H2C-CH(R)- en la cual cada substituyente 'R'
de cada unidad repetitiva en la cadena principal del
polímero, es seguido por la inmediata unidad
repetitiva, cuyo substituyente se encuentra en la
misma posición que el substituyente previo.
• Son por ejemplo polímeros con centros
quirales: PP, PS, pero no lo son PE, PTFE.
Características:
• PS Cristal: Es un polímero de estireno
monómero (derivado del petróleo), cristalino y
de alto brillo.
• PS Alto Impacto: Es un polímero de estireno
monómero con oclusiones de Polibutadieno que
le confiere alta resistencia al impacto.
• Ambos PS son fácilmente moldeables a través
de
procesos
de:
Inyección,
Extrusión/Termoformado, Soplado.
Usos / aplicaciones:
• Potes para lácteos (yoghurt, postres, etc.),
helados, dulces, etc. Envases varios,
vasos, bandejas de supermercados y
rosticerías. Heladeras: contrapuertas,
anaqueles.
Cosmética:
envases,
máquinas de afeitar desechables. Bazar:
platos, cubiertos, bandejas, etc. Juguetes,
cassetes, blisters, etc. Aislantes: planchas
de PS espumado.
• El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes
de 1955 no tenía ninguna utilidad. En ese año,
Giulio Natta en Milán, utilizó para hacer
polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler
había desarrollado para el polietileno. Esos
catalizadores, hechos a base de cloruro de
titanio y tri-alquil-aluminio, acomodan a los
monómeros de tal manera que todos los grupos
metilos quedan colocados del mismo lado en la
cadena.
• En esta forma, Natta creó el polipropileno
isotáctico,
que
tiene
excelentes
propiedades mecánicas. Hasta ese
momento,
con
los
procedimientos
convencionales, sólo se había podido
hacer polímeros atácticos, sin regularidad
estructural.
• El polipropileno atáctico es un material
ceroso,
con
pésimas
propiedades
mecánicas.
• Otros catalizadores permiten colocar los
grupos
alternadamente,
formando
polímeros que se llaman sindiotácticos,
los cuales, como los isotácticos, tienen
muy buenas propiedades.
• Los materiales como el polietileno, el
PVC, el polipropileno, y otros que
contienen una sola unidad estructural, se
llaman
homopolímeros.
Los
homopolímeros,
además,
contienen
cantidades menores de irregularidades en
los extremos de la cadena o en
ramificaciones.
• Por otro lado los copolímeros contienen
varias unidades estructurales, como es el
caso de algunos muy importantes en los
que participa el estireno.
• Estas combinaciones de monómeros se realizan
para modificar las propiedades de los polímeros
y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca
es que cada monómero imparta una de sus
propiedades al material final; así, por ejemplo,
en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia
química, el butadieno su flexibilidad y el estireno
imparte al material la rigidez que requiera la
aplicación particular.
• Evidentemente al variar las proporciones
de los monómeros, las propiedades de los
copolímeros van variando también, de
manera
que
el
proceso
de
copolimerización permite hasta cierto
punto fabricar polímeros a la medida.
• No solo cambian las propiedades al variar
las proporciones de los monómeros, sino
también al variar su posición dentro de las
cadenas.
• Las mezclas físicas de polímeros, que no
llevan uniones permanentes entre ellos,
también constituyen a la enorme
versatilidad de los materiales poliméricos.
Son el equivalente a las aleaciones
metálicas.
• En ocasiones se mezclan para mejorar alguna propiedad, aunque
generalmente a expensas de otra. Por ejemplo, el óxido de
polifenilo tiene excelente resistencia térmica pero es muy difícil
procesarlo. El poliestireno tiene justamente las propiedades
contrarias, de manera que al mezclarlos se gana en facilidad de
procedimiento, aunque resulte un material que no resistirá
temperaturas muy altas. Sin embargo en este caso hay un efecto
sinergístico, en el sentido en que la resistencia mecánica es mejor
en algunos aspectos que a la de cualquiera de los dos polímeros.
Esto no es frecuente, porque puede ocurrir únicamente cuando
existe perfecta compatibilidad entre los dos polímeros y por regla
general no la hay, así que en la mayoría de los casos debe
agregarse un tercer ingrediente para compatibilizar la mezcla. Lo
que se emplea casi siempre es un copolímero injertado, o uno de
bloque que contenga unidades estructurales de los dos polímeros.
Otras veces, se mezcla simplemente para reducir el costo de
material.
• En otros casos, pequeñas cantidades de
un polímero de alta calidad puede mejorar
la del otro, al grado de permitir una nueva
aplicación.
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Copolímeros y Terpolímeros.
A continuación se citarán los copolímeros y terpolímeros de mayor
aplicación en la industria:
SAN
Copolímero de estireno-acrilonitrilo en los que el contenido de estireno
varía entre un 65 y 80%. Estos materiales tienen buena resistencia a los
aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas.
Asimismo, tiene mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los
homopolímeros del estireno. Los copolímeros son transparentes, pero con
un ligero color amarillo que se vuelve más oscuro a medida que aumenta el
contenido en acrilonitrilo. Al mismo tiempo mejora la resistencia química, la
resistencia al agrietamiento ambiental y la resistencia térmica al aumentar
el porcentaje en acrilonitrilo.
El SAN se usa cuando se requieren partes rígidas, con buena estabilidad
dimensional y buena resistencia térmica, por ejemplo, en partes de las
máquinas lavaplatos y en piezas para radios o televisores.
Se lo emplea en grandes cantidades en la industria alimenticia. los
copolímeros con 30% estireno y 70% acrilonitrilo, son excelentes barreras
contra el oxígeno, el CO2 y la humedad.
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ABS
Terpolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno. Son materiales heterogéneos formados
por una fase homogénea rígida y una elastomérica.
Originalmente se mezclaban emulsiones de los dos polímeros de SAN y
polibutadieno. La mezcla era coagulada para obtener ABS.
Hoy en día se prefiere polimerizar estireno y acrilonitrilo en presencia de
polibutadieno. De esa manera, una parte del estireno y del acrilonitrilo se
copolimerizan formando SAN y otra porción se injerta sobre las moléculas de
polibutadieno.
El ABS se originó por la necesidad de mejorar algunas propiedades del poliestireno
de alto impacto. Este material tiene tres desventajas importantes:
– Baja temperatura de ablandamiento.
– Baja resistencia ambiental.
– Baja resistencia a los agentes químicos.
La incorporación del acrilonitrilo en la fase continua, imparte mayor temperatura de
ablandamiento y mejora considerablemente la resistencia química. Sin embargo, la
resistencia ambiental se vuelve todavía menor, pero este problema se resuelve
empleando aditivos. Las propiedades del ABS son suficientemente buenas para
varias aplicaciones:
Artículos moldeados
Artículos extruidos, etc.
Copolímeros estireno-butadieno
Éstos son los hules sintéticos que han sustituido
prácticamente en su totalidad al natural, en algunas
aplicaciones como las llantas para automóviles.
Los hules sintéticos contienen un 25% de estireno y un
75% de butadieno; sus aplicaciones incluyen en orden
de importancia:
• Llantas
• Espumas
• Empaques
• Suelas para zapatos
• Aislamiento de alambres y cables eléctricos
• Mangueras
• Los copolímeros de estireno-butadieno con
mayor contenido de butadieno, hasta de 60%,
se usan para hacer pinturas y recubrimientos
ahulados. Para mejorar la adhesividad, en
ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los
ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los
copolímeros.
• Otros Copolímeros del Estireno.
• MBS: Se obtienen injertando metacrilato de
metilo o mezclas de metacrilato y estireno, en
las cadenas de un hule de estireno-butadieno.
• Acrílicos: Copolímeros de metacrilatobutilacrilato-estireno o de metacrilatohexilacrilato-estireno.
• Otros copolímeros importantes del estireno, se
realizan polimerizando en suspensión, estireno
en presencia de divinil-benceno, para obtener
materiales entrecruzados, que por sulfonación y
otras reacciones químicas se convierten en las
conocidas resinas de intercambio iónico.
• Poliestireno de Alto Impacto
• Para hacer este material, se dispersa un
elastómero en una matriz que puede ser de
poliestireno o de algunos de sus copolímeros.
• Las variables importantes de la fase continua
son:
• Distribución de pesos moleculares.
• Composición, cuando se trata de un copolímero.
• Las variables importantes de la fase
elastomérica son:
• Número, tamaño, distribución de tamaños
y formas de las partículas dispersadas.
• Composición, si es un copolímero.
• Grado de entrecruzamiento en el
elastómero.
• Existen dos procedimientos para obtener
poliestireno de alto impacto:
• Mezclar poliestireno directamente con el
elastómero.
• Mezclar estireno, el elastómero, el
catalizante y el acelerante y se produce la
polimerización.
• CPE
• Los polietilenos clorados se obtienen
clorando polietileno de alta densidad con
30% a 40% de cloro. Tienen baja
cristalinidad y baja temperatura de
transición vítrea. Un nivel de cloro del 36%
resultó experimentalmente para un buen
balance al impacto-dispersabilidadprocesabilidad.
• EVA
• Copolímero del etileno y acetato de vinilo
con 30% a 50% del acetato, posee
propiedades elastoméricas.
Lubricantes
• Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los
polímeros, realizando varias importantes
funciones.
• Reducen la fricción entre las partículas del
material, minimizando el calentamiento friccional
y retrasando la fusión hasta el punto óptimo.
• Reducen la viscosidad del fundido promoviendo
el buen flujo del material.
• Evitan que el polímero caliente se pegue a las
superficies del equipo de procesamiento.
A los lubricantes se los clasifica en:
• Lubricantes externos, que son los que reducen la
fricción entre las moléculas del polímero y disminuyen la
adherencia polímero metal.
• Ceras parafínicas, con pesos moleculares entre 300 y
1500, y temperaturas de fusión entre 65 y 75 °C. Las
lineales son más rígidas, por su mayor cristalinidad. En
las ramificadas, la cristalinidad es menor y los cristales
más pequeños.
• Ceras de polietileno, son polietilenos de muy bajo peso
molecular, ligeramente ramificadas, con temperaturas de
fusión de 100 a 130 °C. Son más efectivas que las
parafinas.
• Ceras tipo éster, se trata de glicéridos obtenidos de
cebos y contienen ácidos grasos con 16 a 18 átomos de
carbono. El más importante es el triesterato.
• Los lubricantes internos y las amidas de los ácidos
también se emplean con este fin.
Polímeros de bloque e injerto.
• Se han desarrollado nuevos métodos
interesantes
para
la
síntesis
de
copolímeros de bloque e injertos. Estos
métodos han encontrado aplicación
práctica en la preparación de poliestireno
de alta resistencia al impacto, de los
cauchos de elevada resistencia a la
abrasión y de fibras acrílicas.
• Un principio de la copolimerización por injertos
consiste en polimerizar un monómero, el
monómero-B, en presencia de un polímero, el
poli-A, de manera tal que los centros iniciadores
de las reacciones de la segunda polimerización
estén situados todos en el polímero original.
Una forma particularmente efectiva de conseguir
este resultado es someter el poli-A a la
degradación mecánica en presencia del monoB. Si las cadenas del polímero se rompen por la
acción mecánica, se forman dos radicales libres
en el punto de ruptura de la cadena.
• Estos dos radicales pueden utilizarse si se evita que se
recombinen o desproporcionen uno con el otro o que
sean consumidos por alguna otra impureza reactiva,
como el oxígeno y en presencia de un monómero
vinílico. Muchos tipos de agitación mecánica,
particularmente el prensado en calandria, la molienda, la
compresión en estado plástico y la agitación y
sacudimiento en solución, conducen a la unión química
del segundo monómero y el primer polímero. Para que
la degradación mecánica sea efectiva, conviene que el
poli-A tenga un peso molecular relativamente alto.
• Se han hecho grandes progresos en la
injertación del estireno, ésteres acrílicos y
acrilonitrilo al caucho y a muchos
elastómeros sintéticos; los monómeros
vinílicos también se ha injertado a la
celulosa y derivados de esta, poliésteres,
poliamidas, poliéteres y proteínas. Los
productos resultantes combinan en forma
muy interesante las propiedades de los
dos compuestos.
• Los trabajos sobre la radiación de injertos han
progresado considerablemente, sobre todo mediante el
empleo de mejores fuentes de radiación penetrante
(aparato de Van der Graff, acelerador lineal, Co60 y
Cs137) y por el descubrimiento de que la luz ultravioleta
es capaz también de producir enlaces transversales e
injertos en presencia de sensibilizadores. En muchos
casos se ha reducido substancialmente la degradación
indeseable del poli-A producida por la acción de la
radiación y penetrante, mediante la aplicación de
estabilizadores del tipo amina aromática disulfuro
aromático.
• Pueden obtenerse injertos muy efectivos
de todos los tipos de polímeros vinílicos si
la cadena del poli-A lleva un grupo amino
aromático primario. Este grupo es aislado
primero,
después es nitrosilado.
• La nitrosamina puede isomerizarse al
diazoester, este a su vez, se disocia con
desprendimiento de hidrógeno y produce un
radical libre que se fija químicamente a la
cadena:
• El radical acilo se transfiere rápidamente con los átomos
de hidrógeno disponibles y no inicia la polimerización del
mono-B. Por este método se ha efectuado un injerto de
monómeros vinílicos sobre el poliestireno parcialmente
aminado.
• Una nueva forma de preparar los copolímeros de bloque
se basa en la protección de la cadena que crece por
propagación aniónica contra la terminación por
solvatacion del extremo de la cadena por el disolvente.
Si el sodio se hace reaccionar a baja temperatura en
tetrahidrofurano con naftaleno, se transfiere un electrón
del sodio al sistema aromático:
• La solución resultante es verde y muy
sensible al oxígeno. Si se le agrega
estireno, el color cambia a rojo debido a
que el electrón solitario se transfiere al
monómero estireno, que se dimeriza
inmediatamente para formar un bis-anión
conforme a la siguiente reacción:
• Las cargas negativas están compensadas por dos iones
de sodio, pero permanecen disociadas porque están
fuertemente solvatadas por el tetrahidrofurano. Las
cargas negativas del bis-ión son capaces de iniciar la
polimerización del estireno, y a cada lado del centro
iniciador crece una cadena hasta que es consumido
todo el monómero, puesto que la solvatacion por el
disolvente evita la terminación (polímeros vivientes).
Después de consumido el monoestireno puede
agregarse otro monómero, y como la polimerización
continua, se forman copolímeros de bloque cuya
composición y peso molecular pueden regularse
fácilmente por la adición de los componentes y por la
terminación del crecimiento posterior de la cadena con
oxígeno u otro interruptor de la etapa.
Proceso de polimerización.
• Existen diversos procesos para unir moléculas
pequeñas con otras para formar moléculas grandes. Su
clasificación se basa en el mecanismo por el cual se
unen estructuras monómeras o en las condiciones
experimentales de reacción.
• La mayor parte de los polímeros orgánicos se obtiene
por reacciones de condensación o de adición. En la
reacción de condensación, los monómeros se combinan
con la formación y pérdida de moléculas pequeñas,
como agua, alcohol, etc. Por ejemplo, en la formación de
una poliamida.
• En las reacciones de adición, varias unidades
monoméricas se unen, en presencia de un catalizador,
como resultado de la reorganización de los enlaces C=C
de cada una de ellas. Por ejemplo, en la formación del
polietileno.
• El caucho natural, constituido por cadenas
de poli-cis-isopreno, es un ejemplo de
polímero de adición formado por unidades
de cis-isopreno o metil-1,3 butadieno. Otro
polímero natural del isopreno es el politrans-isopreno o gutapercha, el cual se
utiliza para recubrir cables submarinos,
pelotas de golf, etcétera.
• La polimerización puede efectuarse por distintos métodos o
Mecanismos:
• Polimerización por adición
• Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por
apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la
molécula (polimerización de tipo vinilo).
• Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por
apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la
molécula (polimerización tipo epóxido).
• Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por
apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la
molécula (polimerización alifática del tipo diazo).
• Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo
con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo
-aminocarboxianhidro).
• Adición de birradicales formados por deshidrogenación
(polimerización tipo p-xileno).
• Polimerización por Condensación
• Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc.,
por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales,
como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres entre otros
(polimerización del tipo poliésteres y poliamidas).
• Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o
haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de
haluros metálicos (poli tópico del tipo de Friedel-Craffts y Ullmann).
• Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de
cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y
sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por oxidación de
dimercaptanos (policondensación del tipo Thiokol).
Referencias bibliográficas.
• Ciencia e Ingeniería de los materiales, 4ª edición pag.
549, Askeland.
• www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml#ma
teriales
• es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico
• www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml
• http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://uploa
d.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fe/Tacticida
ddepolimeros.png/410pxTacticidaddepolimeros.png&imgrefurl=http://es.wikipedia
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