CLASE-01-Introduccion-la Ingeniería Química y Los Materiales
Clase 14 materiales poliméricos 1
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MATERIALES POLIMÉRICOS Lima, junio del 2014 Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
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MATERIALES POLIMÉRICOS
Lima, junio del 2014
Dr. Ingº FORTUNATO ALVA DAVILA
POLÍMEROS
Los POLÍMEROS son moléculas lineales o ramificadas,
formadas por la repetición indefinida de grupos
funcionales simples (monómeros) que se componen
básicamente de C,H,O,N.
Las aplicaciones de los materiales poliméricos
importantes en los procesos de fabricación industrial
son:
Plásticos y elastómeros
PLÁSTICOS
Los plásticos son un grupo grande y variado de
materiales sintéticos, que se procesan para darles
forma por moldeo o deformación.
Los plásticos se dividen:
Termoplásticos y termofijos, según sean los enlaces
químicos de su estructura.
MATERIALES POLIMÉRICOS
PLÁSTICOS
TERMOPLÁSTICOS
Es un plástico que, a temperaturas relativamente
altas se vuelve deformable, se derrite cuando se
calienta y se endurece cuando
se enfría lo suficiente.
Estos materiales pueden volverse a calentar
cierto número de veces para darles nuevas
formas, sin que haya un cambio significativo en
sus propiedades.
PLÁSTICOS
TERMOPLÁSTICOS
Algunas veces, se enlazan también átomos de
nitrógeno, oxígeno o azufre en forma
covalente con la cadena molecular principal.
En los termoplásticos, las largas cadenas
moleculares están ligadas entre sí por enlaces
secundarios.
Son reciclables.
PLÁSTICOS
PLASTICOS TERMOFIJOS
Son llamados así por sus características térmicas,
es decir, una vez que son procesados mediante
calor, ocurre una reacción química que provoca su
endurecimiento y no pueden volver a fundirse. Esto
se debe a que las moléculas que los conforman
crecen de manera entrecruzada.
PLÁSTICOS
PLÁSTICOS TERMOFIJOS
Los plásticos termofijos, no son reciclables.
El término termofijo indica que se requiere calor
para endurecer permanentemente al plástico.
Hay muchos plásticos que son llamados termofijos
que sólo se pueden fijar a temperatura ambiente
mediante una reacción química.
PLÁSTICOS TERMOFIJOS
La mayoría de los plásticos termofijos están
compuestos por una red de átomos de carbono
enlazados en forma covalente para formar un
sólido rígido.
Algunas veces, también se enlazan en forma covalente
átomos de nitrógeno, oxígeno, azufre u otros para
formar una estructura reticular termofija.
PLÁSTICOS
PLÁSTICOS
d) PLÁSTICOS TERMOFIJOS
Los plásticos son materiales de ingeniería
importantes por múltiples razones.
Tienen una amplia variedad de propiedades,
de las cuales algunas son imposibles de
obtener con cualquier otro material, y en
la mayoría de los casos su costo es
relativamente bajo
PLÁSTICOS TERMOFIJOS
El uso de los plásticos en diseños de ingeniería
mecánica ofrece múltiples ventajas, como son:
Ahorro de partes debido al diseño de ingeniería con
plásticos,
Menos operaciones de acabado,
Simplificación del ensamble,
Menor peso,
Reducción de ruido y,
En ciertos casos, la no necesidad de lubricar algunas
partes
PLÁSTICOS
rU
PLÁSTICOS
PLÁSTICOS TERMOFIJOS
Los plásticos son muy útiles para diversos diseños de
ingeniería eléctrica, principalmente por sus
excelentes propiedades aislantes.
Las aplicaciones eléctricas y electrónicas de los
materiales plásticos incluyen conectores,
interruptores, relés, unidades de sintonización de
TV, formas para bobinas, tableros de circuitos
integrados y componentes de computadora.
-
ELASTÓMEROS O CAUCHOS
Son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden
cambiar en gran medida cuando se someten a
esfuerzos y retornan a sus dimensionales originales al
cesar la fuerza deformante.
MATERIALES POLIMÉRICOS
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
¿Cómo se producen industrialmente los
materiales plásticos?
La respuesta no es sencilla, porque son procesos muy
diferentes y novedosos los que se usan y además se
están desarrollando constantemente.
Para empezar, se usan materias primas básicas como
gas natural, petróleo y carbón en la producción de
sustancias químicas para los procesos de
polimerización.
Estas sustancias químicas se polimerizan después
mediante muchos procesos diferentes para formar
materiales plásticos en forma de gránulos, grageas,
polvos o líquidos, los cuales posteriormente se
procesan para elaborar los productos terminados.
El ingeniero químico desempeña un importante papel
en su desarrollo y en su utilización industrial.
Algunos de los métodos de polimerización más
importantes son:
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
Figura 10 .Ilustración esquemática de algunos métodos de polimerización industrial usados.
a) en masa; b) en solución; c)en suspensión; d) en emulsión.
Polimerización en masa (fig.10 a):
El monómero y el iniciador se mezclan en un
reactor que se calienta y se enfría según se
requiera.
Este proceso se usa
ampliamente para la
polimerización por
condensación donde
un monómero puede
cargarse en el reactor
y el otro se añade lentamente.
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
Polimerización en solución (Fig.10b):
El monómero se disuelve en un disolvente no
reactivo que contiene un iniciador.
El calor desprendido por
la reacción es absorbido
por el disolvente y,
por lo tanto, la velocidad
de reacción se reduce.
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
Polimerización en suspensión(Fig.10c):
El monómero se mezcla con un iniciador y luego se
dispersa como una suspensión en agua.
En este proceso el calor desprendido por la reacción es
absorbido por el agua.
Después de la polimerización, el producto polimerizado
se separa y se seca.
Se usa para producir
vinilo, policloruro
de vinilo, poliestireno,
poliacrilonitrilo.
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
METODOS INDUSTRIALES DE POLIMERIZACION
Polimerización en emulsión (Fig.10d):
Es similar al proceso de suspensión porque se lleva a cabo en
agua. Sin embargo, se añade un emulsionante para
dispersar el monómero en partículas muy pequeñas.
PROCESADO DE LOS MATERIALES PLASTICOS
Se usan distintos procesos para transformar los gránulos y
pallets en productos en forma de láminas, barras, secciones
extruidas, tubos o partes moldeadas terminadas.
El proceso empleado depende si el material es termoplástico
o termofijo.
Los termoplásticos se calientan hasta que se suavizan y
luego se les da una nueva forma antes de enfriarlos.
PROCESADO DE LOS MATERIALES PLASTICOS
Por otra parte, con los materiales termofijos que no han sido
completamente polimerizados antes de ser procesados para
darles forma final, se usa un proceso en lo cual se lleva a cabo
una reacción química para entrecruzar las cadenas del
polímero, formándose una red de material polimérico.
La polimerización final se puede llevar a cabo mediante la
aplicación de calor y presión o por acción catalítica a
temperatura ambiente o temperaturas más altas.
PROCESOS UTILIZADOS CON LOS MATERIALES TERMOPLASTICOS
MOLDEO POR INYECCION
El moldeo por inyección es uno de los métodos de procesado
más importantes que se usan para dar forma a los materiales
termoplásticos.
La máquina moderna de moldeo por inyección utiliza un
mecanismo de mono husillo para derretir el plástico e
inyectarlo en un molde.
Las máquinas de moldeo por inyección de tipo antiguo usan un
émbolo para inyectar el material fundido.
PROCESOS UTILIZADOS CON LOS MATERIALES TERMOPLASTICOS
Ventajas del moldeo por inyección son:
Se pueden producir piezas de alta calidad a una alta
velocidad de producción.
Los costos de la mano de obra del proceso son
relativamente bajos.
Se pueden producir buenos acabados en la superficie de la
pieza moldeada.
El proceso puede ser altamente automatizado.
Se pueden producir formas complicadas.
PROCESOS UTILIZADOS CON LOS MATERIALES TERMOPLASTICOS
Desventajas del moldeo por inyección son:
El alto costo de la maquinaria, impone la necesidad de
producir un gran volumen de piezas para que su uso sea
rentable.
El proceso se debe controlar cuidadosamente para
elaborar
un producto de calidad.
PROCESOS UTILIZADOS CON LOS MATERIALES TERMOPLASTICOS
EXTRUSION
La extrusión es otro de los métodos de procesado que se
emplean para producir termoplásticos.
Algunos productos manufacturados por el proceso de extrusión
son tuberías, varillas, películas, láminas y formas de todo
tipo.
La máquina de extrusión se usa también para fabricar
materiales plásticos compuestos destinados a la producción de
formas de fabricación como pellets, y para la recuperación de
residuos de materiales termoplásticos.
PROCESOS UTILIZADOS CON LOS MATERIALES TERMOPLASTICOS
MOLDEO POR SOPLADO Y TERMOFORMADO
Otros métodos importantes de procesado de los termoplásticos
son el moldeo por soplado y el termoformado de láminas.
En el moldeo por soplado, un cilindro o tubo de plástico
caliente, llamado parison, se coloca entre las mordazas de un
molde. El molde de cierra para excluir los extremos del cilindro
y se insufla en él un choro de aire comprimido que empuja al
plástico contra las paredes del molde.
ALGUNAS DEFINICIONES
POLIMERIZACION: Es una reacción química en la cual se
forman moléculas de alta masa molecular a partir de
monómeros.
MONÓMERO: Es un compuesto molecular simple que puede
estar enlazado covalentemente para formar largas cadenas
moleculares (polímeros). Ejemplo: etileno
ELASTÓMERO: Material que a temperatura ambiente se
alarga bajo un esfuerzo pequeño por lo menos al doble de su
longitud, y recobra rápidamente su longitud original cuando la
carga cesa.
