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Contenido
Introduccin.......................................................................................................2
Definicin.............................................................................................................2
Estructura general...............................................................................................2
Caractersticas Generales...................................................................................2
Polmeros Fenlicos..........................................................................................3
Definicin.............................................................................................................3
Composicin qumica...........................................................................................4
Definicin Resol y Novolac..................................................................................4
Propiedades.........................................................................................................5
Polmeros Epxicos...........................................................................................5
Definicin.............................................................................................................5
Composicin qumica...........................................................................................6
Propiedades.........................................................................................................6
Formacin de Bifenol ..........................................................................................7
Formacin de un polmero epxico......................................................................7
Polisteres insaturados....................................................................................8
Definicin.............................................................................................................8
Usos comunes.....................................................................................................9
Aminorresinas..................................................................................................10
Definicin...........................................................................................................10
Reacciones de condensacin............................................................................10
Propiedades.......................................................................................................12
Procesos de conformado................................................................................13
Moldeo por Compresin.....................................................................................13
Moldeo por Transferencia..................................................................................14
Moldeo por Inyeccin.........................................................................................15
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Introduccin Los polmeros termoestables, termofraguantes o termorgidos son aquellos que solamente son blandos o "plsticos" al calentarlos por primera vez. Despus de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones posteriores, es decir, no pueden ser reciclados.
Son cadenas de polmeros con enlaces altamente cruzados que forman una estructura tridimensional, entrelazndose con fuertes enlaces covalentes. Debido a esto, los polmeros termoestables son insolubles e infusibles. Ya que las cadenas no pueden girar ni deslizarse, estos polmeros poseen buena resistencia, rigidez y dureza. Sin embargo tambin tienen bajas ductilidad y propiedades al impacto y una alta temperatura de transicin vtrea (la temperatura a la cual aumenta su densidad, dureza y rigidez, adems su porcentaje de elongacin disminuye en forma drstica).
Los polmeros termoestables a menudo se inician como cadenas lineales. Dependiendo del tipo de unidades de repeticin y del grado de polimerizacin (indica cuantas unidades repetitivas se encuentran en un polmero), el polmero inicial puede ser un slido o una resina liquida.
El calor, la presin, la mezcla de varias resinas u otros mtodos inician la formacin de enlaces cruzados.
Caractersticas Generales:
Buena resistencia al impacto Buena resistencia a los solventes Resistente a las temperaturas extremas Muy frgiles Muy rgidos Gran estabilidad fsica y mecnica Muy difciles de soldar Aislante elctrico y trmico Resistencia a la fluencia y a la deformacin bajo cargas. No son reciclables Livianos
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As como existen diversos tipos de polmeros distintos, cada uno con caractersticas propias, tambin existen diversos procesos para conformarlos.
En primera instancia, detallaremos los distintos tipos de polmeros y sus propiedades, y a continuacin hablaremos de los procesos de conformado.
Fenlicos:
Los fenlicos son los termoestables de uso ms comn, y fueron los primeros materiales plsticos utilizados en la industria. La baquelita es uno de los termoestables fenlicos ms usual.
Las resinas fenlicas se producen principalmente por la reaccin de fenol y formaldehido mediante una polimerizacin por condensacin, con agua como producto secundario. Se producen comnmente resinas fenlicas de dos fases (Novolac) por su facilidad de moldeado. En la primera fase se produce una resina termoplstica que puede ser fundida pero que posteriormente forma un entramado slido por entrecruzamiento.
La adicin de un catalizador bsico a la primera fase de la resina fenlica hace posible crear entrecruzamientos fenlicos para formar un material termoestable.
La temperatura necesaria para el Novolac vara de 120 a 177 C.
El alto entrecruzamiento presente en la estructura de este tipo de resinas produce gran dureza, rigidez y resistencia combinada con buenas propiedades de aislante trmico y elctrico y resistencia qumica.
Existen dos tipos de resinas fenlicas:
Los resols se obtienen cuando se usa un catalizador bsico en la polimerizacin. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales termoestables.
El Novolac se hace usando catalizadores cidos. Aqu las cadenas no tienen uniones cruzadas por lo que el producto es permanentemente soluble y fundible.
Las propiedades ms importantes de los termoestables fenlicos son su dureza, su rigidez y su resistencia a locidos. Se utilizan usualmente como fotosensibles.
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La temperatura necesaria para el entrecruzamiento (curado) de la resina vara de 120 a 177 C.
El alto entrecruzamiento presente en la estructura de este tipo de resinas produce gran dureza, rigidez y resistencia combinada con buenas propiedades de aislante trmico y elctrico y resistencia qumica.
dos tipos de resinas fenlicas: los resols y el Novolac.
se obtienen cuando se usa un catalizador bsico en la polimerizacin. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales termoestables.
se hace usando catalizadores cidos. Aqu las cadenas no tienen uniones cruzadas por lo que el producto es permanentemente
Las propiedades ms importantes de los termoestables fenlicos son su
rigidez y su resistencia a los Se utilizan usualmente como
Formacin del Novolac
(curado) de la resina
El alto entrecruzamiento presente en la estructura de este tipo de resinas produce gran dureza, rigidez y resistencia combinada con buenas propiedades
se obtienen cuando se usa un catalizador bsico en la polimerizacin. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que
Formacin del Novolac
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Tienen excelentes propiedades aislantes y se pueden usar continuamente hasta temperaturas de 150C. Se los suele mezclar con minerales, como ser la mica, para aumentar su resistencia elctrica, con aserrn para aumentar la resistencia al impacto y disminuir el costo, y con celulosa (entre otros materiales) para lograr altas resistencia al impacto.
Estas resinas son las ms baratas y las ms fciles de moldear.
Se usan para producir controles, manijas, aparatos, pegamentos, adhesivos, laminados para edificios, muebles, tableros y partes de automviles. Otras
importantes aplicaciones industriales de las resinas fenlicas son la fabricacin de materiales de friccin, materiales abrasivos (tanto rgidos como flexibles), materiales refractarios, aislamientos acsticos y trmicos, recubrimientos, laminados y componentes moldeados para aplicaciones elctricas o de motores.
Epxicos
Las resinas epoxi son una familia de materiales termoestables polimricos que no generan productos de reaccin durante el curado (entrecruzamiento). Se caracterizan por tener dos o ms grupos epoxy por molcula.
Grupo epoxi
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Para formar materiales slidos termoestables, las resinas epoxy se deben curar mediante el uso de agentes de curado o entrecruzamiento y/o catalizadores para desarrollar las propiedades deseadas.
Los epxicos son polmeros termoestables, formados por molculas que contienen un anillo cerrado C-O-C. Durante la polimerizacin, los anillos C-O-C se abren y los enlaces se reacomodan para unir las molculas.
Casi todas las resinas epxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol allico). Estas molculas se polimerizan para producir cadenas y a continuacin se las hace reaccionar con agentes que aceleran el curado que proporcionan los enlaces cruzados.
Sus propiedades ms importantes son: alta resistencia a temperaturas hasta de 500C, elevada adherencia a superficies metlicas y excelente resistencia a los productos qumicos.
Se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo. Los epxicos se utilizan adems en partes moldeadas rgidas para aplicaciones elctricas, Componentes automotores, tableros de circuito, artculos deportivos y como matriz para
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materiales compuestos para alto rendimiento, reforzados con fibra para uso aeroespacial.
Formacin del bifenol (o, simplemente, fenol).
Formacin de un polmero epxico. Obsrvese la presencia de las cadenas C-O-C cerradas en el primer reactivo.
Estructura de la resina epxica bisphenolabiertas, caracterstica de los polmeros termoestables epxicos.
Polisteres Insaturados
Los polisteres insaturados tienen dobles enlaces carbono que pueden ser entrecruzados para formar materiales termoestables.El enlace ster puede producirse por la reaccin de un alcohol con un cido orgnico.
Formacin de un ster a partir de un hidrxido y un cido
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Estructura de la resina epxica bisphenol-A diglycidyl ter. Obsrvese las cadenas Cabiertas, caracterstica de los polmeros termoestables epxicos.
Insaturados
Los polisteres insaturados tienen dobles enlaces carbono carbono que pueden ser entrecruzados para formar materiales termoestables.
puede producirse por la reaccin de un alcohol con un cido
Grupo ster
Formacin de un ster a partir de un hidrxido y un cido
A diglycidyl ter. Obsrvese las cadenas C-O-C abiertas, caracterstica de los polmeros termoestables epxicos.
carbono reactivos que pueden ser entrecruzados para formar materiales termoestables.
puede producirse por la reaccin de un alcohol con un cido
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Las resinas de polisteres insaturadas son materiales de baja viscosidad que pueden mezclarse con altas cantidades de materiales de relleno y de refuerzo. Por ejemplo, los polisteres insaturados pueden contener hasta un 80% en peso de fibra de vidrio como material de refuerzo, aumentando prcticamente al doble su resistencia mecnica al impacto (172 a 344 MPa). Los polisteres forman cadenas de molculas de cido y alcohol mediante una reaccin de condensacin, dando como subproducto agua. Cuando estas cadenas contienen enlaces no saturados, una molcula de estireno puede proporcionar enlace cruzado. El uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales como los termoplsticos de alta resistencia, madera, acero al carbn, vidrio y acrlico, lmina, cemento, yeso, etc. Las industrias que ms la utilizan son la automotriz, marina y la construccin.
Los polisteres se utilizan como material para moldes o para vaciado en una diversidad de aplicaciones elctricas, laminados decorativos, lanchas y equipo marino, y como matriz de materiales compuestos, como la fibra de vidrio.
Estructura del polietileno-terftalato, ms y mejor conocido como PET. Obsrvese la presencia de los grupos ster uniendo los grupos benceno cclicos. Este polmero es ampliamente
utilizado para la fabricacin de botellas y vasos plsticos.
Aminorresinas (reas y melaninas)
Las aminorresinas son materiales polimricos termoestables formadas mediante la reaccin controlada que contengas al grupo amino urea-formaldehido y la melaninaLa alta reactividad de los polmeros de bajo peso molecular permite la generacin de productos termoestables altamente entrecruzados.Tanto la urea como la melaminareacciones de polimerizacin que producen agua como subproducto. Las reacciones de condensacin quedan ilustradas de la siguiente manera:
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terftalato, ms y mejor conocido como PET. Obsrvese la presencia uniendo los grupos benceno cclicos. Este polmero es ampliamente
utilizado para la fabricacin de botellas y vasos plsticos.
Aminorresinas (reas y melaninas)
son materiales polimricos termoestables formadas mediante la reaccin controlada del formaldehido con diferentes compuestos que contengas al grupo amino NH2 - . Los dos tipos ms importantes son la
formaldehido y la melanina-formaldehido. reactividad de los polmeros de bajo peso molecular permite la
generacin de productos termoestables altamente entrecruzados.melamina reaccionan con el formaldehido mediante las
reacciones de polimerizacin que producen agua como subproducto. Las reacciones de condensacin quedan ilustradas de la siguiente manera:
terftalato, ms y mejor conocido como PET. Obsrvese la presencia uniendo los grupos benceno cclicos. Este polmero es ampliamente
son materiales polimricos termoestables formadas con diferentes compuestos
. Los dos tipos ms importantes son la
reactividad de los polmeros de bajo peso molecular permite la generacin de productos termoestables altamente entrecruzados.
reaccionan con el formaldehido mediante las reacciones de polimerizacin que producen agua como subproducto. Las reacciones de condensacin quedan ilustradas de la siguiente manera:
Las aminas tienen excelentes propiedades dielctricas. Poseen buena resistencia qumica frente a los cidos y bases dbiles.
Se emplean en la industria textil, en la confeccin de distintos tipos de tejidos, adems, se usan como aislantes tforma de revestimiento de cocinas y refrigeradores.
Los uretanos se comportan como polmeros termoestables, como polmeros termoplsticos, o como elastmeros dependiendcruzados. Se utilizan como fibras, colchones y aislamientos.Poseen buenas propiedades difusoras a la luz y son infusibles; los atacan los cidos y bases fuertes. Resiste a la mayora de los disolventes ordinarios.
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tienen excelentes propiedades dielctricas. Poseen buena resistencia qumica frente a los cidos y bases dbiles.
Se emplean en la industria textil, en la confeccin de distintos tipos de tejidos, adems, se usan como aislantes trmicos en forma de revestimiento de cocinas y refrigeradores.
se comportan como polmeros termoestables, como polmeros termoplsticos, o como elastmeros dependiendo del grado de enlaces
. Se utilizan como fibras, recubrimientos y espumas para muebles, colchones y aislamientos. Poseen buenas propiedades difusoras a la luz y son infusibles; los atacan los cidos y bases fuertes. Resiste a la mayora de los disolventes ordinarios.
tienen excelentes propiedades dielctricas. Poseen
Se emplean en la industria textil, en la confeccin de distintos rmicos en
se comportan como polmeros termoestables, como polmeros o del grado de enlaces
recubrimientos y espumas para muebles,
Poseen buenas propiedades difusoras a la luz y son infusibles; los atacan los cidos y bases fuertes. Resiste a la mayora de los disolventes ordinarios.
Grupo funcional amina
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Sirven como barnices; para la confeccin de planchas para decorados y para revestimientos de algunas partes interiores de los automviles y lavadoras.
Grupo A-uretano, y la estructura del poliuretano. Obsrvese las uniones uretano presentes en el poliuretano.
Propiedades que comparten ambos:
- Estables a la luz, el calor y altas temperaturas - Gran facilidad de coloracin y transparencia - Buena resistencia a los disolventes orgnicos - Sirven como adhesivos - Suelen ser incoloros, inodoros e inspidos - medianas propiedades mecnicas que mejoran adicionndoles otros
agregados - Poseen excelentes cualidades de moldeo - Pueden ser moldeados por compresin para darle su forma final,
mediante el uso de calor y presin.
Uretano
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- Se los puede mezclar con celulosa para obtener productos con buena rigidez, resistencia a la tensin y al impacto y de bajo costo, muy tiles en la industria.
Procesos de Conformado
Moldeo por compresin Durante este proceso el material, que puede encontrarse lquido, en polvo o en preformas, se coloca en un molde caliente y se lo cierra lentamente, hasta que ambas mitades ejerzan presin sobre el mismo. A medida que la presin aumenta, el material est obligado a ocupar todas las partes del molde. En algunos casos, es til cerrar casi por completo inicialmente el molde, y luego abrirlo. De esta manera, se deja que se escapen posibles gases que se pueden generar por la polimerizacin en s misma, que pueden llegar a deformar la pieza. Una vez cerrado definitivamente, el molde es llenado totalmente. Como estamos en presencia de calor y presin, se produce lo que se conoce como curado, proceso en el que el material se transforma en termoestable (se generan los entrecruzamientos). Una vez curada, se extrae la pieza, y se la deja enfriar para que se endurezca. En caso de ser de forma complicada, se la suele colocar en conformadores para evitar que se deforme. Es importante aclarar, que el molde debe ser limpiado y lubricado cada vez que una pieza es depositada en l, as se pueden extraer ms fcilmente las prximas. Los factores fundamentales que marcan la calidad de la pieza son el calor y la presin, pero tambin influyen: el diseo de la pieza, velocidad
Moldeo por Compresin
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de cierre de la prensa, plasticidad del material, calidad superficial del molde. No suele ser un proceso til para las piezas muy complicadas o con paredes muy gruesas, pero s para piezas grandes. Los moldes, en consecuencia, deben ser sencillos, y suelen ser econmicos. Por ltimo, puede ser bastante complicado trabajar con piezas que tengan insertos, y suele ser necesario cortar rebabas para lograr un acabado superficial deseado.
Moldeo por transferencia
Es un desarrollo basado en el moldeo por compresin. En este proceso, el compuesto proveniente de una cmara externa (empujado por un mbolo) se introduce dentro del molde cerrado logrando as adoptar la forma requerida y una mejor terminacin superficial. Se dejar el molde cerrado, hasta que
se produzca el proceso de curado. Las presiones con las que se suele trabajar
rondan los 5.5 a 6.9 MPa. Este modelo presenta las siguientes ventajas: La carga del material por inyeccin lleva menos tiempo que la carga
individual de las preformas. Si el molde est bien diseado, las rebabas son mnimas y requieren
menos tratamiento superficial posterior. Es factible generar piezas pequeas y con grandes detalles. Usando sistemas de colada, se pueden trabajar varias piezas en
simultneo. Presenta tambin, las siguientes desventajas: Se pueden encoger ms las piezas (y de forma no uniforme). Desperdicio extra de material.
Moldeo por Transferencia
Se requieren presiones mayores que en los moldeos de compresin. Esto se traduce en que para mismos vde compresin pueden tener ms cavidades de una pieza que los de este mtodo.
Moldeo por inyeccin
Es una tcnica para producir piezas de plstico mediante la inyeccin a baja presin de resinas termoestables en moldes.Se pueden utilizar distintos tipos de moldes (de acero o de aluminio mecanizado, fundicin de aluminio, caucho de silicona, resina epoxi), no obstante, son los moldes de resina los que se usan con ms frecuencia. Principalmente se realizan moldes para series pequeas construidos a partirun modelo producido mediante mtodos de prototipado rpido. Se obtienen piezas de grandes dimensiones, resistentes que pueden ensayarse, mecanizarse, recibir tratamientos posteriores (arenados, deposiciones, metlicas) yVentajas:
Plazos cortos Moldes de bajo costo Buena precisin en los modelos Procesos automatizados Alto volumen de produccin
Desventajas: Alta inversin
Mediante el uso de tecnologa moderna, algunos compuestos termoestables pueden ser moldeados por inyeccin. Se aaden cubiertas especiales para el calentado y enfriado a las mquinas estndar de moldeo por inyeccin de forma que la resina pueda curarse en el proceso. Se necesita una buena
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Se requieren presiones mayores que en los moldeos de compresin. Esto se traduce en que para mismos valores de tensin, los moldes de compresin pueden tener ms cavidades de una pieza que los de
Es una tcnica para producir piezas de plstico mediante la inyeccin a baja presin de resinas termoestables en moldes. Se pueden utilizar distintos tipos de moldes (de acero o de aluminio mecanizado, fundicin de aluminio, caucho de silicona, resina epoxi), no obstante, son los moldes de resina los que se usan con ms frecuencia. Principalmente se realizan
es pequeas construidos a partir de un modelo producido mediante mtodos de
Se obtienen piezas de grandes dimensiones, resistentes que pueden ensayarse, mecanizarse, recibir tratamientos posteriores (arenados, deposiciones, metlicas) y pintarse.
Moldes de bajo costo Buena precisin en los modelos Procesos automatizados Alto volumen de produccin
Mediante el uso de tecnologa moderna, algunos compuestos termoestables s por inyeccin. Se aaden cubiertas especiales para el
calentado y enfriado a las mquinas estndar de moldeo por inyeccin de forma que la resina pueda curarse en el proceso. Se necesita una buena
Moldeo por inyeccin
Se requieren presiones mayores que en los moldeos de compresin. alores de tensin, los moldes
de compresin pueden tener ms cavidades de una pieza que los de
Se obtienen piezas de grandes dimensiones, resistentes que pueden ensayarse, mecanizarse, recibir tratamientos posteriores (arenados,
Mediante el uso de tecnologa moderna, algunos compuestos termoestables s por inyeccin. Se aaden cubiertas especiales para el
calentado y enfriado a las mquinas estndar de moldeo por inyeccin de forma que la resina pueda curarse en el proceso. Se necesita una buena
Moldeo por inyeccin
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ventilacin de las cavidades del molde para algunas resinas termoestables que generan productos de reaccin durante el curado.
Si agentes de refuerzo se aade a la mezcla, entonces el proceso se conoce como el moldeo por inyeccin de reaccin reforzadas (RRIM). Comnmente se utilizan agentes de refuerzo como fibra de vidrio, mica y cermica. Se obtienen artculos de alta calidad, con formas complicadas, que han de estar sometidos a tolerancias dimensionales estrictas. La variedad de productos es enorme: tiles de cocina (cuencos, tarros, cubiertos, cubos de basura), carcasas de electrodomsticos (secadores, aspiradoras, batidoras), juguetes, productos para la industria automovilstica como intermitentes, muebles de jardn, etc.
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Bibliografa y Linkografa:
William D. Callister, Jr, Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, ed.: Revert S.A. 3edicin
Donald R. Askeland, Ciencia e Ingeniera de los Materiales, ed.: International Thomson Editores S.A. 3edicin
http://www.fisicanet.com.ar/tecnicos/tecnologia/te03_plasticos_termoestables.php
http://www.slideshare.net/sergiodiazromero94/plasticos-termoestables-5986205
http://procesosfisicoquimico.wikispaces.com/CLASIFICACION+DE+LOS+POLIMEROS+TERMOESTABLES
http://blog3asamuelydani.wordpress.com/2009/02/06/tecnicas-de-conformacion/
http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.ar/2011/07/rim.html
http://procesosfisicoquimico.wikispaces.com/PROCESOS+UTILIZADOS+EN+
MATERIALES+TERMOESTABLES
http://iq.ua.es/TPO/Tema6.pdf
http://www.plenco.com/plenco_processing_guide_spanish/Sect%2022%20Transfer%20Molding%20%28Spanish%29.pdf
http://www.substech.com