contador de dias
Powered by Printable Calendar

mar

15

ene

2013

Propiedades y características de los polímeros sinteticos.

Propiedades eléctricas

        Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron con ventaja a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de aplicación superiores a los 20 KV, y casi todas las carcasas de los equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magníficas propiedades mecánicas, además de eléctricas y de gran duración y resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.


     Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas.

Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas aplicaciones está en relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas con la temperatura. Sin embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente elevadas (superiores a los 200 °C).


   Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente, por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las características eléctricas de estos materiales.


   Los polímeros conductores fueron desarrollados en 1974 y sus aplicaciones aún están siendo estudiadas.

 

Melanina, un polímero conductor.

Propiedades físicas.

      Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material. La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fusión (Tf) Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que sea bastante superior a Tf.

 

Nailon 6 (Izquierda) y nailon 6,6 (Derecha), mostrando la dirección de los enlaces peptídicos, única diferencia estructural entre ellos.

Las Propiedades Mecánicas.

        Son una consecuencia directa de su composición así como de la estructura molecular tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional. Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con objeto de predecir el desempeño de estos polímeros en aplicaciones prácticas.

       

        Durante mucho tiempo los ensayos han sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales plásticos a través de la deformación de la red de polímeros reticulados y cadenas moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación de otros polímeros sólidos en términos de procesos operando a escala molecular son más recientes. Por lo tanto se considerarán los diferentes tipos de respuesta mostrados por los polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión aplicados; elasticidad, viscoelasticidad, flujo plástico y fractura.

 

Viscoelasticidad.

         Un polimero amorfo se compoirta como un vidrio a baja temperatura, como un solido gomoelastico a temperaturas intermedias (por encima de la temperatura de transición vitrea) y como un liquido viscoso a temperaturas elevadas. Frente a deforamcaicones relativamente pequeñas, el comportamiento mecanico a bajas temperaturas es elastico y cumple la ley de Hooke. A temperaturas muy elevadas prevalece el comportamiento viscoso o liquido elastico. A temperaturas intermedias aparece un solido, como de goma, que presenta caracteristicas mecanicas intermedias entre estos dos extremos: esta condicion se llama viscoelasticidad.


        La deformación elastica es instantanea; esto significa que la deformación total ocurre en el mismo instante que se aplica el esfuerzo (la deformación es independiente del tiempo). Ademas, al dejar de aplicar el esfuerzo la deformación se recupera totalmente: la probeta adquiere las dimensiones originales.


        Por el contrario, para el comporatamiento totalmente viscoso, la deformación no es instantanea. Es decir, la deformación, como respuesta a un esfuerzo aplicado, depende del tiempo. Ademas, esta deformación no es totalmente reversible o completamente recuperable después de eliminar el esfuerzo.


        Un comportamiento viscoelastico intermedio, origina una deformación instantanea seguida de una deformación viscosa dependiente del mismo, una forma de anelasticidad.


        Un ejemplo de comportamiento viscoelastico es el polimero de silicona, conocido como masilla tonta. Cuando a esta masilla se le da forma de bola y se la deja caer sobre una superficie horizontal, la bola rebota elásticamente (la velocidad de deformación durante el bote es muy rapida). Por otro lado, si la masilla se estira gradualmente con fuerza creciente, el material se alarga o fluye como un liquido muy viscoso. Para este y otros mateiales viscoelásticos, la velocidad de deformación determina si la deformación es elastica o viscosa.

 

Fractura de polímeros

      La resistencia a la rotura de los materiales polimericos es relativamente menor que la de los metales y ceramicas. Por regla general, lso polimero termoestables presentan fractura frágil. La formación de grietas en la región donde se localizan las tensiones esta asociada con el proceso de rotura. Durante la rotura se deshacen los enlaces covalentes de las estructuras entrecruzadas y reticuladas.


        Los polímeros termoplásticos presentan fractura dúctil y frágil, y muchos experimentan la transición dúctil-fragil. La baja temperatura, la alta velocidad de deformación, la presencia de entallas agudas, el incremetneo del espesor de las muestras y las modificaciones de la estructura polimerica son factores que favorecen la fractura frágil. Los termoplásticos vitreos son fragiles a baja temperatura, pero se convierten en dúctiles al aumentar la temperatura y aproximarse a la temperatura de transición vitrea y presentan comportamiento plastico antes de romprese.


        Un fenómeno asociado al afractura de lagunso poolimeros termoplásticos vitreos es la microfisuración. Las microfisuras constituyen na region pensionada asociada a fisuras, grietas, particulas de impurezas y heterogeneidades moleculares. Normalmente esta region se propaga perpendicularmente al eje de esfuerzo de tracción. Asociadas a las microfisuras existen regiones de deformación permanenete localizada, que conducen a la formaron de fisbrillas(regiones con cadenas moleculares orientadas) y pequeños poros dispersos (microporos) e interconectados. El espesor de una microfisura suele ser de unas 5 um o menos.


        Las microfisuras, a diferencia de las grietas, son capaces de soportar cargas transversales a la direccion de su propagacion. Las cargas soportadas seran menos de las de un material sin microfisuras o sin grietas. Si se aplica un esfuerzo de traccion suficiente a lo largo de las microfisuras se forman grietas por rotura de la estructura fibrilar y ensanchamiento de los huecos. A continuación la grieta se extiende por su extremo. 

 

El Metacrilato es un polímero termoplástico amorfo que se puede encontrar en dos formatos, extruido y en colada.
El Metacrilato es un polímero termoplástico amorfo que se puede encontrar en dos formatos, extruido y en colada.

Resistencia al impacto

           En algunas aplicaciones de los materiales polimericos es de gran interes conocer el grado de resistencia al impacto de probetas entalladas. Estaos valores se obtinen mediante ensayos Izod o Charpa. Coo los metales, los polimeros presentan rotura dúctil o frágil cuando se somenten al impacto de una carga, dependiendo de la temperatura, del tamaño de la probeta, de la velocidad de deformación y del modo de aplicar la carga. Tanto polimeros cristalinos y como los amorfos son fragiles a baja temperatura y tienen relativamente poca resistencia al impacto. Sin embargo, estos materiales experimentean transición dúctil-fragil en un estrecho intervalo de temperaturas, similar al que se muestra para el acero. Desde luego, la resistencia al impacto decrece gradualmente a altas temperaturas, cuando el polimero empieza a reblandecerse. Ordinariamente, las dos caracteristicas relacionadas con el impacto mas solicitadas son elevada resistencia al impacto a temperatura ambiente y una temperatura de transición frágil-ductil a temperatura inferior a la ambiental.

 

Fatiga

       Los polimeros pueden experimentar fallos por fatiga en condiciones de esfuerzos ciclicos. Del mismo modo que en los metales, la fatiga ocurre a esfuerzos relativamente pequeños comparados con el limite elastico. Lso ensayos de fatiga de los polimeros no duran tanto como en los metales; sin embargo, la representación grafica de los resultados obtenidos con ambos materiales tiene forma parecida. Algunos polimeros presentan limite de fatiga (un nivel de esfuerzo por debajo del cual el esfuerzo par que se produzca el fallo se hace independiente del numero de ciclos). Otros polimeros no parece que tengan tal limite. Como era de esperar, la resistencia a la fatiga y el limite de fatiga de los polimeros es mucho menor que la de los metales.

Resistencia a la torsión y dureza

      Otra propiedad mecánica que a veces condicionan las aplicaciones de los polímeros son la resistencia a la torsión y la dureza. La resistencia a la torsión de algunos plásticos es de gran importancia, sobre todo la de las laminas o películas utilizadas para embalaje. La resistencia a la torsión es la energía requerida para torcer una probeta de una geometría con la resistencia a la tracción.


        Como en los metales, la dureza de un polímero representa la resistencia del material al rayado y la penetración. La mayoria de los ensayos de dureza se realizan mediante técnicas de penetración similares a la de los metales.

 

Adiptivos de los polímeros.

       La mayoria de las propiedades de los polímeros dicutidos anteriormente son intrínseca, es decir, son características esenciales del polímero especifico. Algunas de estas propiedades se relacionan y se controlan con la estructura molecular. Sin embargo, muchas veces es necesario modificar las propiedades mecánicas, químicas y físicas en un grado mucho mayor que el permitido por la simple alteración de la estructura molecular fundamental. Por ello, substancias alógenas, denominadas aditivos, se introducen intencionadamente para modificar muchas de estas propiedades y para aumentar la utilidad del polímero. Son aditivos tipicos los rellenos, los plastificantes, los estabilizntes, los colorantes y los ignífugos.

 

Los aditivos aportan distintas propiedades a los plásticos, como baja densidad, baja conductividad eléctrica, transparencia, color, tenacidad, dureza, estabilidad...
Los aditivos aportan distintas propiedades a los plásticos, como baja densidad, baja conductividad eléctrica, transparencia, color, tenacidad, dureza, estabilidad...

Rellenos.

        Los materiales de relleno se adicionan a los polímeros para incrementar las resistencias a la tracción, a la compresión y ala abrasión, la tenacidad, la estabilidad dimensional y térmica y otras propiedades. Como rellenos se utiliza serrin, silice, arena, vidrio, arcilla, talco, caliza e incluso polímeros sintéticos, todos ellos finamente pulverizados. Los tamaños de las partículas van de 10nm a dimensiones macroscopicas. El coste del producto final disminuye por que estos materiales baratos substituyen una parte del volumen de los polímeros mas caros.

 

Plastificantes.

      La flexibilidad, la ductilidad y la tenacidad de los polímeros pueden mejorarse con la ayuda de los aditivos denominados plastificantes. Su presencia también reduce la dureza y la fragilidad. Los plastificantes suelen tener baja presión de vapor y bajo peso molecular. Las diminutas moléculas de los plastificantes ocupan posiciones entre las grandes cadenas polimericas, incrementando la distancia entre cadenas y reduciendo los enlaces secundarios intermoleculares.

         

     Generalmente se utilizan plastificantes en la elaboración de polímeros frágiles a temperatura ambiente, tales como cloruro de polivinilo y algun copolimero del acetato. Los plastifiantes disminuyen la temperatura de transición vítrea y de este modo los polímeros se puden utilizar a temperatura ambiente en aplicaciones que requieren algun grado de flexibilidad y de ductilidad. Estas aplicaciones incluyen laminas delgadas o películas, tubos, impermeables y cortinas.

 

Estabilizantes.

         Algunos materiales poliméricos, en condiciones ambientales normales, se deterioran rápidamente, generalmente en términos de integridad mecánica. Este deterioro suele ser el resultado de la exposición a la luz, en particular a la radiación ultravioleta, y tambien a la oxidación. La radiación ultravioleta interacciona con los enlaces covalentes y puede romper algunos de ellos a lo largo de la cadena molecular; esto puede generar tambien un entrecruzamiento de cadenas. El deterioro por oxidación es consecuencia de la interacción química entre átomos de oxigeno y moléculas poliméricas. Los aditivos que contrarrestan este proceso de deterioro se denominan estabilizantes.

 

Colorantes.

           Los colorantes dan un color especifico al polímero. Se pueden adicionar como tintes o pigmentos. Los tintes actuan como disolventes y se incorporan a la estructura molecular del polímero. Los pigmentos son como material de relleno que no se disuelven, sino que permanecen como fases separadas; generalmente son partículas de pequeño tamaño, transparentes y con índice de refracción próximo al primero base. Otros aditivos dan opacidad y color al polímero.

 

Algunas imagenes de la gran gama de pigmentos utilizados para la coloracion de un polimero , la 2da imagen nos habla por si sola ese color celeste se les recuerda a algun polimero en especial?

Ignífugos.

        La inflamabilidad de los polímeros es una característica del máximo interés, sobre todo en la fabricación de textiles y de juguetes para niños. La mayoría de los polímeros, en estado puro son inflamables, a excepción de los que contienen elevada porción de cloruros y/o fluoruros, tales como los cloruros de polivinilo y politetrafluoretileno. La resistencia a la inflamabilidad de los polímeros combustibles aumenta adicionando aditivos denominados ignífugos (retardadores de llama). Estos aditivos funcionan interfiriendo el proceso de combustión mediante una fase gaseosa o iniciando una reacción química que enfría la región de combustión y cesa el fuego.

 

Escribir comentario

Comentarios: 0
  
® Polimeros Sinteticos Derechos Reservados 2013
® Polimeros Sinteticos Derechos Reservados 2013