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Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
TEMA 7. Materiales poliméricos
1. Introducción– Definición– Características generales– Introducción Histórica– Polímeros: Ejemplos
2. Clasificación3. Propiedades: aspectos estructurales4. Estado sólido
– Cristalinidad– Transiciones térmicas – Comportamiento mecánico
CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES
1
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Tema 7: Materiales Poliméricos 1. INTRODUCCIÓN: DEFINICIÓN
POLÍMERO“Compuesto orgánico, natural o sintético, de elevado peso molecular constituido por unidades estructurales repetitivas”Cadenas de gran tamaño formadas por la unión covalente de varias unidades monoméricas (macromolécula)
PLÁSTICO1. Polímero cuya propiedad fundamental es la plasticidad (termoplástico). Se deforma plásticamente bajo acción de presión y/o calor.2. Mezcla (de un polímero con los aditivos y cargas) que pueda ser transformada por flujo o moldeo en forma líquida o fundida.
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Ventajas Aplicaciones
Tf Fácil procesado Productos elevado consumo
Elevada ductilidad Neumáticos. Plásticos para embalaje
Productos ligeros I.automóvil, aeronautica y aeroespacial
t Aislantes térmicos Construcción
e Aislantes eléctricos
Recubrimiento cables
Rquímica Elevada Rcorrosión Tuberías. Recipientes. Recubrimientos
1. INTRODUCCIÓN: CARACTERÍSTICAS GENERALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Poli (fluoruro de vinilideno) PFVD: alta resistencia eléctrica y a la llama
1. INTRODUCCIÓN: EJEMPLOS
Polietileno PE: plástico más popular
Polipropileno PP: uso como plástico y como fibra
Poliestireno PS: económico y resistente. StyrofoamTM: espuma de PS
Polimetacrilato de metilo PMMA: plástico transparente. Sustituto del cristal
Nylon (poliamidas): polímeros más comunes usados como fibras
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Nº
1 – PET
2 – HDPE
3 – PVC
4 – LDPE
5 – PP
6 - PS
CARACTERÍSTICAS
Transparente, flexible
Rígido, opaco o traslúcido
Rígido o flexible, brillante
Opaco o transp., muy flexible
Traslúcido, suave
Transp. u opaco, frágil, brillante
USOS TÍPICOS (EJEMPLOS)
Botella coca-cola 2 litros
Botella lejía, bolsas plástico
Cortina baño, tubos (rígido)
Bolsa plástico
Tapas y tapones, jeringa
Vasos desechables, yogures, carcasas PC
Símbolo de reciclado en los polímeros termoplásticos de uso común
INTRODUCCIÓN: Ejemplos
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Tema 7: Materiales Poliméricos
FIBRAS
POLIACRILONITRILO
EJEMPLOS DE POLÍMEROS MAS COMUNES
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Tema 7: Materiales Poliméricos EJEMPLOS DE POLÍMEROS MAS COMUNES
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Tema 7: Materiales Poliméricos 2. CLASIFICACIÓN
Según su origenNaturales, sintéticos…
CLASIFICACION
Según su mecanismo de polimerización Adición, condensación
Según su composición químicaAcrílicos, vinílicos…..
Según su comportamiento con la temperaturaTermoplásticosTermoestables
Según sus aplicacionesElastómeros, plásticos, fibras, adhesivos….
Según su estructuraSemicristalinos y amorfos
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Tema 7: Materiales Poliméricos
2. CLASIFICACIÓN
Elastómeros. Son materiales con muy bajo modulo de elasticidad y alta extensibilidad;Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, Fibras Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales Adhesivos Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión,
Según sus aplicaciones
Según su comportamiento con la temperatura
Termoplásticos. Fluyen al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ninguno) entrecruzamientos.
Termoestables. Se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura entrecruzada
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Tema 7: Materiales Poliméricos TIPOS DE POLÍMEROS
POLIMEROS TERMOPLÁSTICOS Fluyen al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ninguno) entrecruzamientos. Ej.:
POLIMEROS TERMOESTABLES Se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura entrecruzada
ELASTÓMEROS Son materiales con muy bajo modulo de elasticidad y alta extensibilidad;
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Termoplásticos Termoestables Elastómeros
Calor Funde No funde No funde
Disolventes Solubles Insolubles Insolubles, se hinchan
Estructura Lineales Entrecruzados Poco entrecruzados
Cristalinidad Amorfos o cristalinos
Amorfos Amorfos
Prop. Mecánicas
Rígidos a T<Tg
E 103 MPa
Rígidos, 4%E 104 MPa
100-1000%E bajos MPa
Procesado Sin reacción química
Con reacción química
Con reacción química
Ejemplos PE, PP, PVC, Poliamidas, Poliésteres
Resinas epoxi, Resinas fenol-formaldehido...
Caucho, Polibutadieno, Poliisopreno.
TIPOS DE POLÍMEROS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
ESTRUCTURA MOLECULAR
Lineal
Ramificada
Entrecruzada
ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Material Densidad (g/cm3)
Resistencia a la tracción x 1000 psi
R al impacto Izod pie.lb/pulg
Rigidez dieléctrica
V/mm
Maxima T de uso ªC
Polietileno
LDPE
HDPE
0,92-0,93
0,95-0,96
0,9-2,5
2,9-5,4
-
0,4-14
18912
18912
82-100
80-120
PVC rígido 1,49-1,58 7,5-9 1,0-5,6 - 110
PP uso general 0,90-0,91 4,8-5,5 0,4-2,2 25610 107-150
Estireno-acrilonitrilo SAN
1,08 10-12 0,4-0,5 69935 60-104
ABS, uso general 1,05-1,07 5,9 6 15169 71-93
Acrílico, uso general 1,11-1,19 11,0 2,3 17730-19700 54-110
Politetrafluoretileno 2,1-2,1 1-4 2,5-4,0 15760-19700 288
Poliacetato de celulosa
1,2-1,3 3,8 1,1-6,8 9850-23640 60-104
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Material Densidad (g/cm3)
Resistencia a la tracción x 1000 psi
R al impacto Izod pie.lb/pulg
Rigidez dieléctrica
V/mm
Maxima T de uso ªC
Nylon 6,6 1,13-1,15 9-12 2,0 15169 82-150
Policarbonato 1,2 9 12-16 14972 120
Poliéster
PET
PBT
1,37
1,31
10,4
8,0-8,2
0,8
1,2-1,3
-
23246-27580 120
Polisulfona 1,24 10,2 1,2 16745 150
Termoplásticos de uso en ingeniería
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
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Tema 7: Materiales Poliméricos POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
POLISULFONA Tm=315 ºC
Nylon 6,6 Tm=250 ºC
POLICARBONATO Tm=270 ºC
POLÍMEROS DE INGENIERÍA
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
TERMOESTABLES Estructura entrecruzada (a base de uniones covalentes) Son infusibles e insolubles no pueden ser reciclados ni
reutilizados Dar forma: intermedio (termoendurecible)
entrecruzamiento
Ventajas para aplicaciones en ingeniería1. Estabilidad térmica elevada2. Alta rigidez3. Alta estabilidad dimensional4. Resistencia a la termofluencia y deformación baja carga5. Peso ligero6. Aislamiento eléctrico y térmico elevado
Resinas epoxi (EP) , Poliuretanos (PU), Resinas fenólicas, ...
POLÍMEROS TERMOESTABLES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Material Densidad (g/cm3)
Resistencia a la tracción x 1000 psi
R al impacto Izod pie.lb/pulg
Rigidez dieléctrica
V/mm
Maxima T de uso ªC
Fenólico
Relleno de serrín Relleno de vidrio
1,34-1,45
1,69-1,95
5-9
5-18
0,2-0,6
0,3-18
10244-15760
5516-15760
150-177
177-288
Poliester
Relleno de vidrio 1,7-2,1 8-20 8-22 12608-15760 150-177
Melamina
Relleno de celulosa
Relleno de vidrio
1,45-1,52
1,8-2,0
5-9
5-10
0,2-0,4
0,6-18
13790-15760
6698-11820
120
150-200
Urea
Rellena de celulosa 1,47-1,52 5,5-13 0,2-0,4 11820-15760 77
Epoxi
Sin relleno
Relleno de miniral
Relleno de vidrio
1,06-1,40
1,60-2,0
1,7-2,0
4-13
5-15
10-30
0,2-10
0,3-0,4
-
15760-25610
11820-15760
11820-15760
150-260
º50-260
120-260
POLÍMEROS TERMOESTABLES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
POLIESTER ENTRECRUZADO
RESINA EPOXI, Be: anillo bencénico
POLIESTER LINEAL
POLÍMEROS TERMOESTABLES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
ELASTÓMEROSEstructuras poco entrecruzadas, insolubles, infusibles pero hinchan
Caucho natural (NR)
Gutapercha: isómero trans no es un elastómero
Vulcanización del caucho: proceso de entrecruzamiento con S y carbonato de Pb
ELASTÓMEROS (CAUCHOS)
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Tema 7: Materiales Poliméricos
POLIBUTADIENOPOLICLOROPRENO (NEOPRENO)
La fabricación de neumáticos consume en torno al 70% del producto mundial de polibutadieno
Traje de baño fabricado con tejido de policloropreno (neopreno)
ELASTÓMEROS (CAUCHOS)
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Caucho de Butadieno- Estireno (SBR)
ELASTÓMEROS (CAUCHOS)
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PROCESADO PARA MATERIALES TERMOPLÁSTICOS
Moldeo por inyección
Depende si el plástico es termoplástico o termoestable Temperatura y viscosidad son parámetros críticos Los polímeros se procesan con aditivos, estabilizantes, cargas, ....
Secuencias de operación:
Molde
Válvula de retención
Bandas calefactoras
Varillas de final de recorrido de tornillo
Tuberías de líquido hidráulico
Motor hidráulico
Tornillo helicoidal alternativo
a) Granza cae tornillo
b) Granza es fundida a su paso por el tornillo
c) Tornillo llevado hacía adelante. Inyección fundido al molde
d) Tornillo cilíndrico es retraído
y se expulsa la pieza
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
1. Proceso más versátil y que produce mayor nº de piezas/año
2. Posibilita la producción de piezas de alta calidad a altas velocidades de producción
3. Proceso tiene bajo coste de trabajo
4. Se consiguen buenos acabados superficiales
5. Proceso altamente automatizado
6. Facilita la fabricación de formas complicadas
Principales VENTAJAS del moldeo por inyección
Principales DESVENTAJAS del moldeo por inyección
1. Alto coste de la maquinaria, y por tanto implica gran volumen de producción para su amortización
2. Proceso precisa ser controlado paso a paso con el fin de conseguir un producto de calidad.
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Extrusión
Moldeo por soplado
Productos manufacturados:
Tubos, barras, películas, hojas…
Matriz preparada adecuadamente para obtener configuraciones continuas
Tornillo rotatorio
Tolva
Conducción del aire
Matriz Molde
a) Se coloca un cilindro o tubo de plástico calentado: preforma
b) Se coloca la preforma semifundida dentro de las dos piezas del molde
c) Se cierra el molde y se inyecta aire o vapor a presióna) b) c)
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Se introduce el material en forma de granza dentro del molde que se calienta mientras gira simultáneamente en dos direcciones.
Moldeo rotacional o rotomoldeo
Termoconformado
Una lámina se calienta y se moldea por presión y/o vacío.
Colada
El material plástico fundido se coloca dentro de un molde y se deja solidificar
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Moldeo por compresión Moldeo por transferencia
PROCESADO PARA MATERIALES TERMOESTABLES
a) sección transversal de un molde abierto que contiene una preforma en polvo
b) Sección transversal el molde cerrado mostrando la muestra moldeada y el exceso de rebaba
a) Porción de plástico preformado es forzada hacia el interior del molde
b) Se aplica presión sobre el polímero y es forzado a introducirse dentro de las cavidades del molde
c) Después del curado el émbolo se retira y se abre la cavidad del molde
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Moldeo por compresión Moldeo por transferencia
PROCESADO PARA MATERIALES TERMOESTABLES
VENTAJAS1. Costes iniciales de los moldes son
bajos dada su simplicidad y por tanto se fabrican moldes más compactos
2. Producción de grandes piezas
3. Durante el proceso los gases que se desprenden de la R de curado pueden escapar
DESVENTAJAS1. Difícil manufacturar piezas
complicadas
2. Se debe recortar la rebaba de las piezas moldeadas
VENTAJAS1. No se forman rebabas y por tanto la
pieza moldeada requiere menos acabado
2. Se pueden fabricar muchas piezas a la vez con un sistema de conectores
3. Útil para piezas pequeñas
PROCESADO
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Se añaden aditivos para modificar las propiedades y aumentar la utilidad del polímero
ADITIVOS
Rellenos
Plastificantes
Estabilizantes
Colorantes
Ignífugos
ADITIVOS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
FIBRAS
RECUBRIMIENTOS
ADHESIVOS
Polímeros fibrosos: largos hilos con relación longitud/diámetro 100:1Industrial textilPropiedades físicas y químicas: elevada Rtracción (para un amplio T) y un alto grado de cristalinidad. Alto E y Rabrasión y alta estabilidad química.
Se aplican a superficies de los materiales para:Protección ambientalMejora de la aparienciaComo aislante térmico
Pinturas, barnices, lacas….
sustancia utilizada para unir las superficies de dos materiales sólidos, con una elevada R cizalla. Combinaciones de materiales: metal-metal, metal-cerámico, metal-plástico, etc.. Sirven como adhesivos: TP, TS, elastómeros
OTRAS APLICACIONES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
espesores: 0,025 y 0,125 nm y se utilizan como bolsas para productos alimentarios.
baja densidad y alto grado de flexibilidad y elevadas Rtracción , R al ataque químico y humedad y baja permeabilidad a gasesPE, celofán y acetato de celulosa
ESPUMAS
PELÍCULAS
Materiales plásticos muy porosos producidos en un proceso denominado espumaciónLos materiales TP y TS se pueden expandir:
Añadiendo un agente que se descompone a elevada T generando gasHaciendo burbujear un gas inerte en el material fundido
Cauchos, PS, PVC, PU, poliéster…
OTRAS APLICACIONES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Las propiedades de los polímeros dependen de múltiples factores:
Naturaleza monomérica (familias de polímeros) Número de unidades monoméricas (peso molecular) y su distribución Funcionalidad monomérica (ramificaciones y entrecruzamientos) Posición relativa de grupos (tacticidad y cambios conformacionales) Ordenamiento de unidades (secuencias) Posicionamiento ordenado de tramos de cadena (cristalinidad)
3. PROPIEDADES
• Peso molecular y su distribución
• Aspectos estructurales
• Cristalinidad
• Peso molecular y su distribución
• Aspectos estructurales
• Cristalinidad
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Tema 7: Materiales Poliméricos
PROPIEDADESPROPIEDADES
Estados
Conformacionales
Estados
Conformacionales
Secuencia en copolímeros
Secuencia en copolímeros
TacticidadTacticidad
EntrecruzamientoEntrecruzamiento
RamificaciónRamificaciónPeso
Molecular
Peso
Molecular
3. PROPIEDADES
Los factores que determinan la aplicación del polímero
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Cadenas de las moléculas poliméricas NO son estrictamente rectas:
ESTADOS CONFORMACIONALES
PESO MOLECULAR
Peso molecular macromolécula: Mn = M0 Xn
Para un polímero distribución de longitudes de cadena o pesos moleculares: PESOS MOLECULARES PROMEDIOS Definición de varios pesos moleculares:
Mn = Mi xi
Mw = Mi wi
xi= fracción en número
wi= fracción en peso
3. PROPIEDADES: PESO MOLECULAR Y ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos Calculo de PESO MOLECULAR
Peso molecular macromolécula: Mn = M0 Xn
Polímero: distribución de longitudes de cadena o pesos molecularesPesos moleculares promedios Definición de varios pesos moleculares
ii
iii
ii
iii
nn
Mn
N
MNM
Peso molecular promedio en número (relacionado con el primer momento de la distribución)
Ni y ni nº de moléculas y moles de peso molecular Mi
Peso molecular promedio en peso (relacionado con el segundo momento de la distribución)
ii
iii
iii
iii
wm
Mm
MN
MNM
2
y mi=niMi (peso en gramos)
iii
ii
nMm
mM
/
M
Nº
Mo
lec
.
Mn
MV
MW
Mn = Mi xi
Mw = Mi wi
xi= fracción en número
wi= fracción en peso
Indice de polidispersidad:
n
w
M
Mr
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Cambio
Conformacional
Cambio
Conformacional FlexibilidadFlexibilidad
Representación esquemática de una cadena molecular de un polímero simple con numerosos pliegues producidos por rotación del enlace:
Este comportamiento provoca el enmarañamiento entre cadenas alta elasticidad
r
<r2> : distancia entre extremos de la cadena
<s2> : radio promedio de giro
3. PROPIEDADES: ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
ESTRUCTURA MOLECULAR
Lineal
Ramificada
Entrecruzada
3. PROPIEDADES: ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
TACTICIDADEl mejor ejemplo es el polipropileno
PP isotáctico
PP atáctico
PP sindiotáctico
polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecánicas
polipropileno isotáctico, que tiene excelentes propiedades mecánicas
3. PROPIEDADES: ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
SECUENCIA EN COPOLÍMEROS
Copolímero con unidades al azar
Copolímero con unidades alternadas
Copolímero con unidades en bloque
Copolímero de injerto
3. PROPIEDADES: ASPECTOS ESTRUCTURALES
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Tema 7: Materiales Poliméricos
CRISTALINIDAD DE LOS POLÍMEROS
Empaquetamiento cadenas macromoleculares para producir una disposición atómica con un ordenamiento periódico.
POLÍMEROPOLÍMERO
Regiones Amorfas(desordenadas)
Regiones Amorfas(desordenadas)
Regiones Cristalinas(ordenadas)
Regiones Cristalinas(ordenadas)
Propiedades = dependen del grados de cristalinidad
Cristalización grado empaquetamiento
densidad(polímero cristalino) > densidad (polímero amorfo)
3. PROPIEDADES: CRISTALINIDAD
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Morfología de los cristales poliméricosMonocristales poliméricos
Diferentes tipos de plegamientos:
4. ESTADO SÓLIDO: CRISTALINIDAD
Modelo de cadenas plegadas
Esquema de la estructura de cadena plegada de una laminilla
Modelo de micela con flecos:
Monocristal de PE (a partir disolución)
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Fotomicrografía de transmisión con luz polarizada de PE
Laminilla cristalina
Conexiones interlaminares condicionan las propiedades del polímero
La mayoría de los polímeros que cristalizan a partir de líquidos forman:
ESFERULITAS
Laminilla cristalina
4. ESTADO SÓLIDO: CRISTALINIDAD
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Tema 7: Materiales Poliméricos
FACTORES QUE AFECTAN A LA CRISTALINIDAD
1. FACTORES CINÉTICOS
Condiciones de Cristalinidad:El número de cristales formados y el tamaño = depende de T = Tfusión-Tcristalización
Al aumentar T el tamaño del cristal disminuye y aumenta el número de cristales
Polímeros lineales mayor grado de cristalinidad que polímeros ramificados
Estructuras monoméricas complejas disminuye el grado cristalinidad
La FLEXIBILIDAD de las cadenas dependen de su estructura:
4. ESTADO SÓLIDO: CRISTALINIDAD
Para que un polímero cristalice, sus moléculas deben tener suficiente elasticidad para que puedan moverse y colocarse con precisión
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Tema 7: Materiales Poliméricos
2. FACTORES ESTRUCTURALES QUE AFECTAN A LA CRISTALINIDAD Mayor cristalinidad mayor Tm
• Simetría• Tacticidad:
Atácticos amorfosIsotácticos, sindiotácticos cristalinos
• Ramificaciones• Configuración CIS frente a TRANS• Nº de C par entre heteroátomos• Peso molecular• Copolimerización • Plastificantes• Polaridad: favorece la ordenación
4. ESTADO SÓLIDO: CRISTALINIDAD
↑ % cristalinidad↑ M
POLÍMERO
Regiones Amorfas Regiones Cristalinas
Propiedades = f(grado de cristalinidad)Cristalización grado empaquetamiento
)(
)(idad%cristalin
ac
ac
(polímero cristalino) > (polímero amorfo)
↑R, E, ρ
Factores que influyen en comportamiento mecánico
45
Peso molecular↑ M : ↓ cadenas cortas ↑ fácil ordenamiento ↑ M : ↑ tamaño microcristales
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROSTema 4: Propiedades Mecánicas
Curvas tensión-deformación en polímeros
Polímero frágil
Polímero tenaz
Elastómero
Importantes:Módulo de elasticidad (entre 0,01 y 4 GPa)Resistencia a rotura (10 a 100 MPa)Deformación porcentual a rotura (2 a 1000 %)
PROPIEDADES MECÁNICAS DE POLÍMEROS
46
Prop. Mecánicas = f (T, vdef, ambiente)
Tema 4: Propiedades Mecánicas
PROPIEDADES MECÁNICAS DE POLÍMEROS
47
PVCPVC 40-80 MPa40-80 MPa
PEPE 17-36 MPa17-36 MPa
Factores que influyen en comportamiento mecánico: Introducción grupos laterales
Grupos voluminosos ↑rigidez, R, ↓ductilidad Introducción grupos polares ↑fuerzas intermoleculares ↑ R Predeformación ↑ R, ↓ deformación
Mecanismos de deformación
2 lamelas con Zonas Amorfas
Estructura orientada
Los segmentos de cadena se orientan
Tema 4: Propiedades Mecánicas
PROPIEDADES MECÁNICAS DE POLÍMEROS
48
Deformación macroscópica
Los segmentos de cadena se orientan cuando aparece la estricción Aumenta la resistencia en la zona donde se orientan las cadenas Crece la estricción en lugar de hacerse más aguda Se prolonga la estricción y el ordenamiento de cadenas
Tema 4: Propiedades Mecánicas
1 mm/s
0,05 mm/s
Velocidad Deformación
Si ↑vel. Def.
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS
49
Prop. Mecánicas = f (T, vdef, ambiente)
Temperatura
-40ºC
68 ºC
40 ºC
86ºC
104 ºC
122 ºC
140ºC
PMMA
T. Transición dúctil-quebradizo [86-104] ºC
PVC
Fragilidad ↓ Def. porcentual a rotura Dificultad de desenrredo
↓ Módulo de elasticidad ↓ Resistencia a rotura Def. porcentual a rotura
Si T
Tema 4: Propiedades Mecánicas
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Temperatura
Vo
lum
en e
spec
ífic
o
Cambio de pendiente
Termoplástico no cristalino
Termoplástico parcialmente cristalino
A= liquido, B=liquido de alta viscosidad C= liquido subenfriado (gomoso) D= sólido vítreo
E=regiones cristalinas sólidas en matrices líquidas subenfriadas F= regiones cristalinas sólidas en matriz vítrea
Tg= temperatura de Transición VítreaTm= Temperatura de Fusión
Los termoplásticos no cristalinos se enfrían a lo largo de la línea ABCD
Los termoplásticos parcialmente cristalinos se enfrían a lo largo de la línea ABEF
Curvas de enfriamientos para polímeros termoplásticos
4. ESTADO SÓLIDO: TRANSICIONES TÉRMICAS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Transiciones térmicas: Tm y Tg
Tm : Temperatura de Fusión regiones cristalinas
Tg : Temperatura de Transición Vítrea regiones amorfas
Movimiento de segmentos en región
amorfa
Sólo movimiento de grupos laterales
Movimiento de segmentos en
Región amorfa y cristalina
Tg Tm
Transición de primer orden: discontinuidad en las 1er derivada de G:(paso de una fase a otra)
VP
GyS
T
G
Tp
Transición de segundo orden: discontinuidad en las derivadas segundas:
VT
V
PT
GyTCp
T
S
T
G
pppp
2
2
2
/
Transición vítrea cambios en el calor específico y el coef de dilatación
T
4. ESTADO SÓLIDO: TRANSICIONES TÉRMICAS
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Tema 7: Materiales Poliméricos
Factores que influyen en la Tg
PESO MOLECULARAl aumentar el peso molecular disminuye la movilidad de las cadenas ↑ Tg
INTERACCIONES INTERMOLECULARESAl aumentar las interacciones ↑ Energ. Movimiento ↑ Tg
FLEXIBILIDAD DE LA CADENAMayor movilidad Disminuye la energía conformacional y aumenta la entropía y disminuye la Tg
SIMETRÍAMoléculas simétricas presentan un bajo momento dipolar momento dipolar y por tanto baja Tg
[–CH2-CHX-]n con X Tg (ºC)
-H (PE) -110
-CH3 (PP) -20
-Cl (PVC) 81
-CN (AN) 97
-C6H5 (PS) 100
M
CTT gg
4. ESTADO SÓLIDO: TRANSICIONES TÉRMICAS
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
Temperaturas de fusión y de transición vítrea de materiales poliméricos
4. ESTADO SÓLIDO: TRANSICIONES TÉRMICAS
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
Influencia del Peso Molecular
4. ESTADO SÓLIDO: TRANSICIONES TÉRMICAS
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
COMPORTAMIENTO MECÁNICO: Polímero termoplástico
Comportamiento termoplástico totalmente amorfo, cristalino y 50%50 amorfo/cristalino
4. ESTADO SÓLIDO: COMPORTAMIENTO MECÁNICO
POLÍMERO SEMICRISTALINO: PMMA
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
Datos de módulo de elasticidad para diferentes polímeros
4. ESTADO SÓLIDO: COMPORTAMIENTO MECÁNICO
Dpt. Ciencia e Ing de Materiales e Ing. Química UC3M
Tema 7: Materiales Poliméricos
COMPORTAMIENTO MECÁNICO: Polímero termoplástico
Efecto de la cristalinidad en el módulo de elasticidad:
4. ESTADO SÓLIDO: COMPORTAMIENTO MECÁNICO