TEMA 9: Materiales Poliméricos. Plásticos

Tema 9: Materiales poliméricos: Plásticos.
1. Microestructura y propiedades de los materiales
poliméricos.
2. Los plásticos: tipos.
3. Comportamiento térmico de los plásticos.
4. Procesos de fabricación y conformación.
5. Productos plásticos para construcción.
6. Normativa y aplicaciones..
MATERIALES II
Curso 2015-2016. Ciencia y Tecnología de la Edificación. C. Guadalajara
Profesor Gonzalo Barluenga Badiola
Materiales poliméricos
•
•
•
•
Constituidos por polímeros (estructura polimérica).
Formados por enlaces covalentes y enlaces secundarios.
Pueden ser naturales (celulosa) o artificiales (sintéticos).
Los plásticos son materiales poliméricos artificiales que
pueden ser conformados por presión o temperatura.
• Propiedades de los plásticos:
Baja densidad y resistencia
Son combustibles
Se degradan por acción del sol y los agentes atmosféricos
• Sus propiedades se pueden modificar añadiendo al
polímero otras sustancias (aditivos y adiciones).
Los polímeros
• Son macromoléculas (cadenas poliméricas) formadas por
la unión de moléculas de menor tamaño que se conocen
como monómeros.
n
n
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2
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TRIMERO
MONOMERO
DIMERO
POLIMERO
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
• El proceso de unión se llama polimerización.
• Las cadenas pueden ser de Carbono (orgánicas) o de
Silicio (inorgánicas, como la silicona).
Reacciones de polimerización
• Para que un monómero polimerice, es necesario que
disponga de (al menos) dos enlaces activos.
• Así, puede reaccionar con otros dos monómeros y
constituir una cadena.
• La activación del enlace se produce por la presencia de un
activador o de un catalizador.
• Hay dos formas principales de polimerización:
• Por adición: reacción en cadena de monómeros (el
polímero resultante es la suma de los monómeros.
• Por condensación: reacción por etapas en la que se
combinan dos monómeros desprendiendo otra sustancia.
Tipos de polímeros
Homopolímeros: Todos los monómeros que los
constituyen son iguales .
Copolímeros: Están formados por 2 o más
monómeros diferentes.
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
Copolímeros: Tipos
Copolímero aleatorio: Está formado por una
disposición aleatoria de dos ó más monómeros.
Copolímero en bloques: Tiene bloques de monómeros
del mismo tipo.
Copolímero de injerto: Poseen una cadena principal de un
solo tipo de monómero con ramas de otros monómeros.
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
Estructura de la cadena: Tipos
Lineal: Se repite siempre el mismo tipo de unión .
Ramificado: Con cadenas laterales unidas a la principal.
Reticulado: Se forman enlaces entre cadenas vecinas.
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
Tipos de Materiales poliméricos
• Por su composición pueden ser Orgánicos (-C-C-C-) o
Inorgánicos (-Si-O-Si-O-Si-, siliconas).
• Por su estructura y propiedades, se distinguen:
• Elastómeros: Ante una deformación, vuelven a la forma
original cuando cesa la fuerza que la provoca.
• Plásticos: polímeros que, bajo condiciones apropiadas
de presión y temperatura, pueden ser modelados.
Tienen mayor rigidez que los elastómeros.
Actualmente, contienen aditivos y adiciones que
modifican sus propiedades (físicas y mecánicas).
Con un polímero pueden hacerse plásticos diferentes
Materiales poliméricos elastómeros
• Tienen una estructura reticulada débil.
• Este tipo de estructura es la causa de la memoria de
forma de los elastómeros (comportamiento elástico):
• Las cadenas pueden separase aplicando una fuerza.
• Una vez que la fuerza cesa, las cadenas vuelven a su
posición original y el material recupera su forma.
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
Tipos de plásticos
• Por su sensibilidad a la temperatura, se distinguen:
• Termoplásticos:
Están formados por cadenas lineales unidas por enlaces
débiles (estructura amorfa o semicristalina).
Se funden con el calor (rotura de enlaces secundarios).
Algunos se pueden reticular parcialmente (rigidización)
• Termoestables:
Formados por cadenas unidas por enlaces covalentes
(estructura reticulada).
No se ablandan con el calor (arden).
Son rígidos y no se pueden soldar.
Estructura de los polímeros termoplásticos
• Es principalmente amorfa (vítrea), aunque en algunas
zonas se pueden formar estructuras cristalinas.
• Esta estructura se denomina semi-cristalina:
Estructura cristalina
Estructura vítrea
(cadenas apiladas)
(cadenas enrolladas)
Estructura de un termoplástico semi-cristalino
Estructura de los polímeros termoestables
• Se forman cadenas que se enlazan entre sí, mediante
enlaces primarios de tipo covalente.
• Forman estructuras poliméricas reticuladas:
Polimerización de un epóxido (termoestable)
Comportamiento térmico de los polímeros
• Las propiedades de los polímeros dependen de la
temperatura.
• Al aumentar la temperatura se descomponen los enlaces
secundarios (débiles) que unen las cadenas.
• A una cierta temperatura, dejan de comportarse como
sólidos elásticos y se comportan como una goma
(Temperatura de Transición Vítrea).
• A una temperatura mayor, los termoplásticos se funden
en forma de líquido (Temperatura de Fusión).
• Los termoestables no tienen TF (se descomponen).
• Cuanto mayor es el grado de cristalización, la TTV y la
TF están más cercanas.
Comportamiento térmico de los termoplásticos
Volumen específico
Líquido
Estado de goma
Estado vítreo
Estado cristalino
Temperatura
TTV
TF
P. García Ruiz,
U Murcia, (2005)
material
EnEn
el un
enfriamiento
amorfo,
a la TTV,
de un material
hay
un cambio
cristalino
hayen
unla
pendiente
de en
la el
cambio
brusco
curva
del volumen
volumen
al pasar
específico
frente
por el punto
de a
la temperatura
fusión
Comportamiento térmico de los termoplásticos
Propiedades de los materiales poliméricos
• Dependen de su estructura y su TTV:
Los plásticos se utilizan a Temperatura < TTV.
Los elastómeros se utilizan a Temperatura > TTV.
• Son aislantes térmicos y eléctricos.
• Tienen baja densidad, absorción y permeabilidad.
• Tienen baja resistencia mecánica.
• Se pueden colorear el masa (pigmentos).
• Son combustibles y desprenden gases tóxicos.
• Tienen una durabilidad limitada: sufren envejecimiento
por acción de los rayos UVA y los agentes atmosféricos
• Son incompatibles con algunos materiales (pe. betunes)
Tipos de plásticos utilizados en construcción
• Los plásticos son materiales poliméricos que se pueden
conformar.
• Termoplásticos: Polietilenos (PE)
Polipropilenos (PP)
Cloruros de polivinilo (PVC)
Poliestirenos (PS)
Polimetilmetacrilatos (PMMA)
Policarbonatos (PC)
Formaldehidos
Fenólicos (FF)
Melaminas (MF)
Acrílicos (AC)
De Urea (UF)
Poliuretanos (PU)
Epóxidos (PX)
• Termoestables:
Propiedades de los materiales poliméricos
Polietileno
Cristalinidad
(%)
Alta densidad
80 — 95
Densidad
(gr/cm3)
0,94 a 0,97
hasta 135
Baja densidad
Lineal de baja
densidad
0,91 a 0,93
0,92 — 0,95
105 — 110
110 — 125
50 — 75
70 — 90
P F (°C)
Polímeros
Temperatura de fusión °C
Polietileno alta densidad
Polimetilmetacrilato isotáctico
policloruro de vinilideno
Nylon 66
Politetrafluoruro etileno (teflón)
135
160
198
265
327
Propiedades de los materiales poliméricos
Fabricación de materiales plásticos
• El proceso consta de cuatro etapas:
1. Materias primas: se fabrican a partir de productos
orgánicos naturales (petróleo, carbón algodón, …)
2. Síntesis del polímero básico: adición o condensación.
3. Inclusión de aditivos y adiciones.
4. Conformación del producto:
Las técnicas empleadas dependen del tipo de plástico:
Termoplásticos: se calientan y deforman por presión
Termoestables: se conforman antes de que se produzca
el entrecruzamiento de las cadenas.
Técnicas de conformación de plásticos
• Se distinguen dos grupos principales:
Conformación continua: se obtienen productos de
sección constante que se cortan posteriormente.
Técnicas: Extrusión e Hilado.
Conformación discontinua: se obtienen piezas de
dimensiones fijas.
Técnicas: Inyección y Moldeado.
• Espumado: Se incorporan agentes aireantes en el
proceso de fabricación que aligeran el producto.
(Permite utilizar técnicas continuas y discontinuas)
Conformación
continua
Hilado de fibras
Extrusionado de láminas flexibles
Conformación
discontinua
Termo-moldeado
Inyección
Moldeado por aire
Productos plásticos para construcción
• Plásticos rígidos: presentan un comportamiento elástico
(Tubos, perfiles, láminas y productos conformados)
• Plásticos flexibles: Incorporan aditivos plastificantes.
(Láminas y tubos)
• Espumas: Pueden ser conformados (placas o coquillas)
o aplicarse en estado líquido (poliuretano y fenólicas).
• Resinas: se aplican en estado pastoso y se endurecen al
aire (por acción de un activador o curado térmico).
• Fibras: para tejidos o refuerzo de matrices (composites)
• Materiales compuestos: Plásticos reforzados, laminados
y paneles sándwich.
Aplicaciones de plásticos en construcción
• Cerramientos y Particiones : Láminas de revestimiento,
perfiles, carpinterías, acristalamientos y paneles.
• Revestimientos y pavimentos: Continuos o discontinuos
• Instalaciones: Tubos, canalizaciones, arquetas y
registros, canalizaciones, encofrados, coquillas de
aislamiento y cubiertas de conductores.
• Impermeabilización y barreras de vapor: Láminas
flexibles incluidas en sótanos, cerramientos y cubiertas.
• Aislamiento térmico (TEMA 10): Polímeros espumados
en forma de placas (poliestireno) o proyectados en
forma líquida (poliuretano y espumas fenólicas).
• Refuerzos mecánicos: Composites (matriz y fibras)
Aplicaciones de plásticos en construcción
Aplicaciones de
plásticos en
construcción
Aplicaciones de
plásticos en
construcción
Aplicaciones de plásticos
en construcción
Normativa de productos plásticos
• En aplicaciones vistas, deben cumplir con la normativa
contra-incendios DB-SI (son combustibles).
• Los aislantes deben cumplir las condiciones energéticas
(DB-HE) y acústicas (DB-R)
• Los productos para instalaciones deben cumplir los
Reglamentos de Instalaciones (REBT, RITE, …)
• Distintivos de calidad: Sello INCE, Marca AENOR
• Algunos productos requieren de marcado CE para su
comercialización en la UE:
Productos para Aislamiento térmico ( EPS, PU, FF)
Productos para instalaciones hidráulicas y eléctricas
Tema 9: Materiales poliméricos: Plásticos.
1. Microestructura y propiedades de los materiales
poliméricos.
2. Los plásticos: tipos.
3. Comportamiento térmico de los plásticos.
4. Procesos de fabricación y conformación.
5. Productos plásticos para construcción.
6. Normativa y aplicaciones..
Glosario de conceptos del Tema
•Materiales poliméricos
•Comportamiento térmico •Técnicas de
conformación
•Polimerización
•Temperatura de fusión
•Conform. Continua
•Polímeros
•TTV
•Conform. Discontinua
•Tipos de polímeros
•Grado de cristalización
•Espumado
•Tipos de estructuras
•Propiedades plásticos
•Productos plástcicos
•Tipos de mat. Poliméricos •Tipos de plásticos
•Plásticos rígidos
•Elastómeros
•Plásticos flexibles
•Fabricación de plásticos
•Plásticos
•Espumas
•Termoplásticos
•Resinas
•Termoestables
•Fibras
•Microestructuras
•Compuestos
Bibliografía de consulta recomendada.
• Smith, W.; Fundamentos de ciencia e ingeniería
de los materiales, Ed. McGraw-Hill, 1998.
• Vigil Montaño, MR; Los plásticos como
materiales de construcción, UNED, 2002
• Dietz, A. G. H.; Plásticos para arquitectos y
constructores, Ed. Reverté, 2003