Practica_2_Polímeros

Aplicaciones y procesos de nuevos materiales
PRACTICA 2 .
MATERIALES POLIMERICOS Y COMPUESTOS
Alumno:
La palabra polímero significa "muchas partes". Un material sólido polimérico es aquel que
contiene muchas partes o unidades enlazadas entre sí químicamente. Los plásticos son un
grupo grande y variado de materiales sintéticos, cuya forma se obtiene por procesos de
conformado o moldeado. La división de plásticos se puede hacer en dos grupos: termoplásticos
y plásticos termoestables, dependiendo de cómo están enlazados químicamente. Los
elastómeros o gomas experimentan deformación elástica al aplicar una fuerza sobre ellos,
pudiendo recuperar su forma original (totalmente o casi totalmente cuando cesa la fuerza.
Termoplásticos: para ser conformados requieren la aplicación de calor previo al enfriamiento
que les confiere la forma definitiva. Pueden ser recalentados y reformados varias veces sin
sufrir cambios significativos en sus propiedades. Muchos termoplásticos poseen una larga
cadena principal de átomos de carbono unidos covalentemente, a veces existen átomos de
nitrógeno, oxígeno o azufre unidos por enlace covalente en la cadena molecular principal. A
esta cadena también se pueden unir otros átomos o grupos de átomos unidos mediante enlace
covalente.
Plásticos termoestables: se fabrican con una forma permanente y endurecidos por reacciones
químicas no se pueden refundir ni almacenar, y se degradan o descomponen por
calentamiento a temperatura elevada, por ello los plásticos termoestables no se pueden
reciclar.
Elastómeros o cauchos: son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar mucho si
son sometidos a esfuerzos, volviendo a sus dimensiones originales (o casi) cuando deja de
actuar el esfuerzo deformante. Hay muchos tipos de materiales elastoméricos, los más
importantes son: caucho natural, poliisopreno sintético, caucho de estireno-butadieno, cauchos
de nitrilo, policloropreno y siliconas.
REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN
La mayor parte de termoplásticos se sintetizan por el proceso de polimerización en el que
muchas pequeñas moléculas se enlazan covalentemente para constituir cadenas moleculares
muy largas.
La polimerización en cadena que nos permite obtener por ejemplo un polímero lineal tal como
el polietileno a partir de monómeros de etileno se puede dividir en tres etapas:
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1- iniciación
2- propagación
3- terminación
Existen métodos de polimerización, como la polimerización por etapas, en la cual los
monómeros reaccionan químicamente unos con otros para producir polímeros lineales, las
unidades monoméricas pueden reaccionar con cualquier otra o con productos poliméricos de
cualquier tamaño. En muchas de estas reacciones tiene lugar la eliminación de una pequeña
molécula de subproducto, y este tipo de reacciones se llaman
a veces reacciones de
polimerización por condensación. Un ejemplo de este tipo de reacciones es la que se produce
entre la hexametilendiamina con ácido adípico para producir nylon 6,6 y agua como
subproducto.
La polimerización reticular se realiza cuando se involucran un reactivo químico con más de dos
lugares activos, de forma que es posible la formación de una red cristalina tridimensional. Este
tipo de polimerización se presenta en el curado de plásticos termoestables como los fenoles,
las epoxi y algunos poliésteres.
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
Se utilizan muchos procesos diferentes y continuamente se desarrollan nuevos. Las materias
primas básicas como el gas natural, el carbón y el petróleo son las que se utilizan para
producir los productos químicos básicos en los procesos de polimerización. Estos productos
son polimerizados por distintos procesos hasta materiales plásticos en forma de bolitas, polvos
o líquidos, que son nuevamente procesados y convertidos en productos definitivos. Algunos de
los métodos más importantes son:

polimerización en bloque

polimerización por solución

polimerización por suspensión

polimerización por emulsión
PROCESADO DE MATERIALES PLASTICOS
Se utilizan muchos procesos diferentes para transformar gránulos y pastillas de plástico en
productos conformados como láminas, barras, secciones extruidas, tuberías o partes
moldeadas acabadas. El proceso utilizado depende de si el plástico es un termoplástico o un
termoestable. Normalmente los termoplásticos se calientan en condiciones suaves y se vuelven
a conformar antes de enfriarlos. Los materiales termoestables al no estar completamente
polimerizados cuando se alcanza la etapa de procesado para dar la forma final, necesitan de
una reacción química que entrecruce las cadenas poliméricas para dar lugar a un material
polimérico reticulado. El final de la polimerización se consigue por aplicación de presión y calor
o por acción catalítica a temperatura ambiente o a temperaturas más altas.
Los procesos más importantes en la fabricación de materiales termoplásticos son:

moldeo por inyección
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
extrusión

moldeo por soplado y termoconformación
Como ejemplo de este tipo de materiales tenemos: el polietileno (PE), cloruro de polivinilo
(PVC),
polipropileno
polimetilmetacrilato
(PP),
(PMMA),
poliestireno
acetato
(PS),
de
acrilonitrilo-butadieno-estireno
celulosa
y
materiales
(ABS),
relacionados,
politetrafluoroetileno (PTFE, teflón), policarbonato (PC)………
En los materiales termoestables:

moldeo por compresión

moldeo por transferencia

moldeo por inyección
Algunos ejemplos de termoestables son: fenólicos, resinas epoxi, poliésteres insaturados y
amino resinas (ureas y melaminas).
MATERIALES COMPUESTOS
Los materiales compuestos son una de las clases de materiales más importantes de materiales
de ingeniería. Un material compuesto es una combinación de dos o más fases químicamente
distintas e insolubles: sus propiedades y rendimiento estructural son a aquellas de los
constituyentes.
Los plásticos poseen propiedades mecánicas que son generalmente inferiores a las de los
metales y aleaciones, en particular la resistencia mecánica, la rigidez y la resistencia a
termofluencia bajas. Estas propiedades se pueden mejorar incrustando refuerzos de varios
tipos (como fibras de vidrio o grafito) a fin de producir plásticos reforzados. Los metales y los
cerámicos también se pueden reforzar para obtener compuestos de matriz metálica o
cerámica.
Los materiales compuestos han encontrado cada vez mayores aplicaciones en aeronaves,
naves espaciales, estructuras en la plataforma continental, tuberías, electrónica, automóviles,
embarcaciones y artículos deportivos.
ESTRUCTURA DE LOS PLÁSTICOS REFORZADOS
Los plásticos reforzados, llamados también compuestos de matriz polimérica y plásticos
reforzados con fibra están constituidos de una matriz plástica (la fase continua) y fibras (la fase
discontinua o dispersa). Las fibras más utilizadas son el vidrio, el grafito, las aramidas y el boro.
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TIPOS Y CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES COMPUESTOS
MATERIAL
CARACTERÍSTICAS
Fibras
Vidrio
Alta resistencia, baja rigidez, densidad alta, costo más económico, los tipos de uso
común son el E (aluminoborosilicato de calcio) y S (aluminosilicato de magnesio)
Grafito
Disponible de alto módulo o de resistencia elevada , coste bajo, menos denso que
el vidrio
Boro
Resistencia y rigidez altas; tienen la máxima densidad, el costo más alto y llevan un
filamento de tungsteno en la parte central.
Aramidas
La relación resistencia / peso es la más elevada , costo alto
Otras fibras
Nylon, carburo de silicio, nitruro de silicio, óxido de aluminio, mullita
Materiales de la matriz
Termoestables
Epóxico y poliéster, fenólicos, fluorocarbonos, poliestersulfona y poliimidas
Termoplásticos
PEEK, es más tenaz que los termoestables, pero con menor resistencia a
temperatura.
Metales
Aluminio, aluminio-litio, magnesio y titanio; las fibras son de grafito, óxido de
aluminio, carburo de silicio y boro
Cerámicos
Carburo de silicio, nitruro de silicio, óxido de aluminio y mullita; las fibras son
cerámicas
EXPERIENCIA 1.RETICULACIÓN DE UNA RESINA TERMOESTABLE
OBJETIVO:
EQUIPOS:
MATERIALES:
PROCEDIMIENTO:
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EXPERIENCIA 2. CONFORMADO DE UN POLÍMERO CON PRESIÓN Y CALOR
OBJETIVO:
EQUIPOS:
MATERIALES:
PROCEDIMIENTO:
EXPERIENCIA 3. LAMINADO DE UN MATERIAL COMPUESTO POLÍMERO-FIBRA DE
VIDRIO
OBJETIVO: conocer procesos de conformado de materiales compuestos de matriz polimérica
reforzados con fibra de vidrio
EQUIPOS: video, pantalla TV
MATERIALES:
PROCEDIMIENTO
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EXPERIENCIA 4. ENSAYO DE FLEXIÓN A TRES PUNTOS
OBJETIVO: determinar módulo de elasticidad, deformación y resistencia de diferentes
materiales poliméricos y laminados poliéster- fibra de vidrio en un ensayo de flexión a tres
puntos
EQUIPOS: máquina universal de ensayos
MATERIALES: ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno)
poliéster laminado con fibra de vidrio
PROCEDIMIENTO: se cortan las probetas y se ensayan a flexión en la máquina universal de
ensayos.
Se realiza el ensayo de flexión a tres puntos según norma DIN 53452
RESULTADOS:
Material 1:ABS
máximo
Fmáx.
deformación
R
Módulo (MPa)
Energía
mm.
(KN)
mm/mm
(Mpa)
6.457
0.1450
0.0572
69.49
2252
1.169
(J)
7.819
0.1423
0.0692
68.19
2387
1.473
7.405
0.1450
0.0656
69.49
2374
1.288
Módulo (MPa)
Energía
Material 2: laminado poliéster- fibra de vidrio
máximo
Fmáx.
deformación
R
mm.
(KN)
mm/mm
(Mpa)
15.61
0.037
0.0244
344.7
22360
0.6274
(J)
15.55
0.0405
0.0243
342.6
21910
0.5302
16.28
0.0402
0.0254
330.9
21490
0.7906
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200
180
160
140
fuerza (N)
120
ABS1.3
100
ABS1.2
ABS1.1
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
12
desplazamiento (mm)
ABS-13*3.4*48 mm
PFV3
45
40
35
30
25
M1
M2
M3
F(N)
20
15
10
5
0
-5
0
5
10
15
20
25
30
-5
EXT(mm)
POLIESTER-FIBRA VIDRIO
10*1*62 mm
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Material 3:
máximo
Fmáx.
deformación
R
mm.
(KN)
mm/mm
(Mpa)
máximo
Fmáx.
deformación
R
mm.
(KN)
mm/mm
(Mpa)
Módulo (MPa)
Energía
(J)
Material 4:
Módulo (MPa)
Energía
(J)
EXPERIENCIA 5. ENSAYO CON EL PÉNDULO DE CHARPY
OBJETIVO:
EQUIPOS:
MATERIALES:
PROCEDIMIENTO:
RESULTADOS:
material
sección
energía
resiliencia
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EXPERIENCIA 6. OBSERVACIÓN AL MICROSCOPIO DE MATERIALES COMPUESTOS
OBJETIVO: observación de la matriz y la disposición de las fibras en diferentes materiales
compuestos laminados, así como los principales defectos que aparecen en los mismos
EQUIPOS: microscopio, cámara de video, pantalla TV
MATERIALES: probetas materialográficas
RESULTADOS:
EXPERIENCIA 7. OBSERVACIÓN DE MATERIALES DE REFUERZO
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CUESTIONES PRÁCTICA 2
1. Citar los diferentes tipos de refuerzos utilizados en materiales compuestos de matriz
polimérica
2. Significado del gramaje en las fibras de refuerzo
3. Diferentes tejidos de refuerzo
4. Principales defectos observados en los materiales compuestos
5. Diferencias entre termoplásticos y termoestables, citar ejemplos y aplicaciones de cada uno
de ellos
6. Indicar de los materiales ensayados, cuál es más resistente a flexión y por qué
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