CUESTIONES TEÓRICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 5

CUESTIONES TEÓRICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 5
1) Superplasticidad
a) Indica algunas caracteristicas y usos de las aleaciones de Ti-AlVCombinan alta resistencia con buena procesabilidad y baja densidad. Se
emplean en aspas de helices, discos de motores y turbinas de aviación. Tambien
en equipamientos de procesos quimicos. (GRUPO 8)
b) Indicar las condiciones que se deben cumplir para que un material tenga
un comportamiento termoplástico. Estructura de grano muy fina; el metal
debe comenzar a deformarse a una temperatura muy elevada (típicamente 0,5
veces su temperatura de fusión); velocidad de conformado o rapidez de
deformación durante su procesado muy lenta; la tensión aplicada durante su
deformación debe ser muy sensible a la velocidad de deformación; los bordes de
grano en la aleación o material superplástico deberán permitir que los granos se
deslicen unos sobre otros y giren al aplicarse el esfuerzo externo. (GRUPOS 1,
3, 5)
2) El choque térmico en los materiales cerámicos
a) ¿Cómo se explicaría una fractura por choque térmico cuando existe un
progresivo aumento de la temperatura y facilidad de expansión? Al
aumentar la temperatura el material se dilata, y lo haría indefinidamente si la
conductividad térmica (y su coeficiente de dilatación) fueran infinitos. Dado que
ambas cantidades son finitas, el material sólo se dilatará hasta cierto valor
máximo (o ritmo máximo). Una vez superado este valor, los enlaces atómicos
del material no pueden soportar los incrementos adicionales de energía lo que
provocará la ruptura del material. (GRUPO 4)
b) ¿De qué maneras se puede producir choque térmico?
- De manera externa, impidiendo la expansión térmica uniforme; el
resultado es equivalente a impedir la expansión libre del material y luego
someterlo a compresión excesiva para tratar de devolverlo a su longitud inicial.
- Por factores inherentes al tipo de material, como los gradientes de
temperatura creados por enfriamiento rápido como consecuencia de una
conductividad térmica finita. La superficie se contrae más que el interior (que se
encuentra a mayor temperatura) y “empuja” al interior comprimiéndolo y el
interior al tratar de expandirse tira de la superficie traccionándola. Como
consecuencia se produce la rotura o fallo térmico (GRUPO 3)
3) Deformación viscosa de vidrios
¿Cómo varía la deformación viscosa de los vidrios? A medida que se
incrementa progresivamente la temperatura del vidrio por encima de su
temperatura de transición vítrea, la viscosidad del vidrio disminuye y se facilita
el flujo viscoso. (GRUPO 7)
4) Mecanismos de endurecimiento de polímeros termoplásticos
a) ¿Cómo varía la resistencia de un material termoplástico según su grado
de cristalinidad? La cantidad de cristalinidad de un termoplástico puede afectar
a la tensión. Al aumentar este grado de cristalinidad, se aumenta la resistencia,
módulo de tensión, elasticidad y densidad del material (estructuras más
compactas). Los temoplásticos que pueden cristalizar durante la solidificación
tienen una estructura sencilla en sus cadenas moleculares. Los polietilenos y
nylon son ejemplos de materiales termoplásticos que pueden solidificar con un
elevado grado de cristalinidad en su estructura. (GRUPO 5)
b) Cite algunos de los metodos empleados para el endurecimiento de
materiales termoplásticos
- Aumento de la masa molecular promedio de las cadenas
- Aumento del grado de cristalinidad
- Introducción de grupos laterales voluminosos
- Introducción de átomos altamente polares
- Introducción de átomos de O, N y S en las cadenas principales
- Introducción de anillos fenilos en las cadenas principales
- Adición de fibra de vidrio como refuerzo
(GRUPO 8)
5) Procesos de transformación/endurecimiento de los polímeros (I): aditivos
a) El poliuretano celular es un material que nos rodea en nuestra vida
cotidiana. Es un polímero que supone la formación de burbujas de gas
(CO2) en el seno del sistema líquido que se está polimerizando, proceso en el
que es necesaria la estabilización de dichas burbujas. ¿Qué tipo de aditivos
se deberán añadir para tal fin?
Deberá añadirse un estabilizador térmico con el fin de evitar que las moléculas
de CO2 escapen del sistema polimérico, ya que esto haría frágil el polímero. Por
otro lado, aprovechamos esta adición para impedir o retardar el deterioro debido
a efectos medioambientales. (GRUPO 6)
b) ¿Qué aditivos se usan en el procesado del PVC y por qué? Por un lado se
emplean los estabilizadores térmicos para evitar que el polímero perdiera H y Cl
(en forma de HCl) y se hiciera más frágil. Por otro lado se usan los plastificantes
para reblandecer el PVC, ya que este material tiene una transición vítrea muy
superior a la ambiente y de lo contrario no podría procesarse fácilmente.
(GRUPO 4)
6) Procesos de transformación/endurecimiento de los polímeros (I): moldeado
¿Por qué los polímeros termoestables sólo pueden ser procesados mediante
moldeo por compresión y moldeo por transferencia?
Para los polímeros termoestables se utilizan pocas técnicas de transformación ya
que una vez ocurrida la formación de entrecruzamientos no pueden volver a ser
transformados. En este caso, el material de desecho no puede ser reciclado. Esto
se debe a las características de este tipo de polímeros como por ejemplo, que
están ligados a una estructura 3D. Sin embargo, en polímeros termoplásticos son
posibles otro tipo de procesos de manufactura debido a su comportamiento
viscoplástico. (GRUPO 2)
7) Mecanismos de endurecimiento (o reforzamiento) mediante dispersión de los
materiales compuestos
a) ¿Qué se entiende por comportamiento tixotrópico? Es aquél que presentan
ciertas mezclas sólido-líquido al comportarse como un sólido cuando no se les
aplica ningún esfuerzo y fluir como un líquido cuando se les somete a presión.
Se logra agitando la aleación durante su solidificación a fin de romper la red
dendrítica e introduciendo simultáneamente en ese estado semisólido el material
de refuerzo. (GRUPO 3)
b) Características que debe tener un dispersante. Poner un ejemplo. El
dispersante debe tener baja solubilidad en la matriz y no reaccionar
químicamente con ella, aunque un pequeño grado de solubilidad puede ayudar a
mejorar la unión de entre el dispersante y la matriz. Ejemplo: Al2O3 no se
disuelve en el Al por lo que el sistema Al2O3 – Al proporciona materiales
efectivos endurecidos por dispersión. (GRUPOS 2 y 8)
8) Mecanismos de endurecimiento (o reforzamiento) mediante fibras de los
materiales compuestos
a) ¿Cuáles son algunos de los materiales de refuerzo más utilizados a lo
largo de la historia? Durante siglos se han utilizado fibras (pajas) para reforzar
los ladrillos de barro o adobe. En las estructuras de hormigón se introducen
varillas de acero de refuerzo. Las fibras de vidrio en una matriz polimérica se
usan en aplicaciones de automoción y aeroespaciales. Se usan fibras de boro,
carbono, polímeros y materiales cerámicos en materiales poliméricos, cerámicos,
metálicos e incluso en compuestos intermedios (GRUPO 1)
b) ¿Qué factores hay que tener en cuenta a la hora de introducir fibras en la
matriz de un material?
1) Las fibras deben estar firmemente unidas al material de la matriz si la
carga debe transferirse correctamente de la matriz a las fibras. Si la unión
es pobre, las fibras pueden salirse de la matriz durante la carga,
reduciendo la resistencia a la fractura del compuesto. En algunos casos,
para mejorar la unión se pueden utilizar recubrimientos especiales. Por
ejemplo, las fibras de vidrio se pueden recubrir con silano para mejorar la
unión y la resistencia a la humedad en compuestos de fibra de vidrio.
2) La similitud de los coeficientes de expansión térmica de las fibras y
matriz. Si la fibra se expande y se contrae a una razón muy diferente a la
de la matriz, las fibras se pueden romper, o la unión se destruye causando
rotura prematura. (GRUPO 2)