Comportamiento Termico De Los Polimeros

Comportamiento Térmico y Mecánico de los Polímeros

Objetivos: Después de estudiar este documento usted debe estar en capacidad de:

1. Describir cómo cambia el volumen de un material amorfo, uno semicristalino y otro altamente cristalino (como los metales o cerámicos) durante el enfriamiento a partir del estado líquido. Usted debe ser capaz de hacer la gráfica de volumen (o volumen específico) contra temperatura y explicarla claramente.

2. Tener muy clara la característica, relacionada con la temperatura, que diferencia a los termoplásticos de los termofijos y los elastómeros.

3. Dibujar una curva del módulo de relajación contra temperatura para un material termoplástico amorfo e identificar claramente las temperaturas más destacables y las regiones que presenta el material.

4. Dibujar e interpretar las curvas de módulo de relajación-deformación para un polímero amorfo, uno semicristalino y un elastómero.

5. Dibujar e interpretar una curva esfuerzo-deformación en la cual se muestre la influencia de la temperatura en el comportamiento mecánico de un material semicristalino.

6. Definir qué es un material elástico, un flujo viscoso y un material viscoelástico. Poder mostrar en una curva cómo es la deformación de éstos con el tiempo.

7. Saber qué es viscosidad y por qué es importante en el procesamiento de los polímeros.

8. Describir el mecanismo mediante el cual los elastómeros se deforman elásticamente.

1. Termoplásticos.

Aspectos relacionados con la temperatura:

La característica más representativa de los termoplásticos (TP) es que se pueden calentar desde un estado sólido hasta convertirse en un líquido viscoso. Si se enfrían desde ese estado líquido viscoso, pueden solidificarse de nuevo. Este ciclo se les puede repetir varias veces, porque ellos no sufren cambios químicos irreversibles en la estructura como ocurre con los termofijos. Los termofijos y los elastómeros, al calentarse, forman entrecruzamientos por una reacción química que no es posible revertir.

Figura 1. Comportamiento de los termoplásticos amorfos, semicris-talinos y con cristalinidad alta. Observe cómo varía la pendiente dependiendo de la temperatura. (Note que la pendiente es el coeficiente de expansión térmica)

Termoplástico amorfo:

Si se tiene un fluido viscoso y se deja enfriar, el material empieza a reducir el volumen con una pendiente continua. Las cadenas experimentan menor vibración térmica y pierden movilidad. El deslizamiento de unas respecto a otras es cada vez más difícil. Cuando se llega a la temperatura de transición vítrea (Tg) se observa un cambio en la pendiente de la curva. El material cambia a un sólido frágil comparable con el vidrio y con una viscosidad muy alta. Las moléculas pierden movilidad y prácticamente desaparece el volumen libre que se había generado por la energía térmica. Este sólido (abajo de Tg) obedece a la ley de Hooke ( = E).

Un material cristalino (como un metal o un cerámico):

Cambia bruscamente de volumen en el punto de fusión (Tm). Si el enfriamiento ocurre a una velocidad adecuada, el material se cristaliza, es decir, la estructura se ordena.

Un material semicristalino:

Si el material es semicristalino, presenta un comportamiento intermedio entre los dos casos anteriores. Existe una temperatura de fusión (Tm) para los cristales, pero no habría tal para las regiones amorfas. Por eso es común que se hable de un rango de temperaturas de fusión para los polímeros semicristalinos.

Nota: Los elastómeros y los termofijos se comportan de manera similar a los termoplásticos amorfos durante el enfriamiento hasta cuando se forman los entrecruzamientos de las cadenas. Por tanto, en algunos casos no aparece registrada su Tg y no tienen Tm.

Las temperaturas Tm y Tg dependen de las características moleculares. Ambas temperaturas tienden a incrementarse si: Las cadenas son más grandes (aumento del peso molecular y grado de polimerización). Las cadenas son más rígidas. Es decir, es más difícil que experimenten rotación debido a enlaces dobles o triples o por tener grupos adicionales muy pesados como los anillos aromáticos. El grado de ramificaciones (si son muchas tienden

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