Polímeros

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1 Introducción

2 Principios del procesado de polímeros

3 Procesados de polímeros

3.1 Colado o moldeo de polímeros

3.1.1 Colado simple

3.1.1.1 Productos

3.1.1.2 Tipos especiales de colada simple

3.1.2 Colado de películas

3.1.3 Colado de plástico fundido.

3.1.4 Colado por rotación.

3.1.4.1 Colada por centrifugación

3.1.4.2 Colada rotacional

3.1.4.2.1 Características

3.1.4.2.2 Materiales

3.1.4.2.3 Productos

3.1.4.2.4 Ventajas e inconvenientes

3.1.4.2.5 Comparativa frente a otros procesos

3.1.4.2.6 Mercados

3.1.4.2.7 Empresas

3.2 Moldeo por compresión

3.3 Moldeo por trasferencia

3.4 Moldeo por soplado.

3.4.1 Extrusión y soplado

3.4.2 Inyección y soplado

3.5 Moldeo de polímeros por inyección

3.5.1 Proceso y equipo

3.5.2 Moldeo

3.5.3 Unidad de sujección

3.5.4 Defectos e inconvenientes

3.6 Moldeo por extrusión

3.6.1 Extrusión de película soplada

3.6.2 Calandrado

3.6.3 Condiciones de operación y efectos sobre la calidad de la lámina

3.6.4 Medida y control del espesor

3.6.5 Enfriamiento y acabado

3.7 Termoconformado

3.7.1 Termoconformado al vacío directo

3.7.2 Termoconformado a presión

3.7.2.1 Termoconformado con macho.

3.7.2.2 Termoconformado con molde coincidente

3.7.3 Termoconformado mecánico

3.7.4 Tensiones residuales y orientación molecular

4 Referencias

5 Bibliografía

6 Enlaces externos

Introducción[editar]

La tecnología de la transformación o procesado de polímeros tiene como finalidad obtener objetos y piezas de formas predeterminadas y estables, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las que están destinados.

Una de las características más destacadas de los materiales plásticos es la gran facilidad y economía con la que pueden ser procesados a partir de unas materias primas convenientemente preparadas, a las que se les han añadido los pigmentos, cargas y aditivos necesarios para cada aplicación. En algunos casos pueden producirse artículos semi-acabados como planchas y barras y posteriormente obtener la forma deseada usando métodos convencionales tales como mecanizado mediante máquinas herramientas y soldadura.

Sin embargo, en la mayoría de los casos el producto final, que puede ser bastante complejo en su forma, se obtiene en una sola operación, con muy poco desperdicio de material, como por ejemplo la fabricación de tubería por extrusión (proceso continuo) o la fabricación de teléfonos por moldeo por inyección (ciclo repetitivo de etapas).

Los polímeros termoplásticos suelen trabajarse previamente fundidos o reblandecidos por efecto simultáneo de la aplicación de calor, presión y esfuerzos de cizalla.

Principios del procesado de polímeros[editar]

En el procesado de polímeros debe tenerse en cuenta el fenómeno de la viscosidad.

Debido a su alta masa molecular, un polímero fundido es un fluido de alta viscosidad. La mayoría de los polímeros se procesan en estado fundido o líquido.

El flujo viscoso se caracteriza por el coeficiente de viscosidad. Se define la viscosidad como la relación entre la fuerza cortante por unidad de área y el gradiente de velocidad, como se observa en la figura de más abajo. Se representa mediante la fórmula

\tau = \mu \cdot \frac{\mathrm d\gamma}{\mathrm dn}

τ es el esfuerzo por unidad de área o esfuerzo de cizalla (F/A);

dγ/dn es el gradiente de velocidades, también llamado velocidad de deformación o velocidad de cizalla.

Viscosidad (μ):

\tau = \frac{F}{A} = \mu \cdot \frac{\mathrm d\delta X}{\mathrm dI}

La viscosidad de un fluido Newtoniano se suele representar con la letra griega μ, pero para fluidos no Newtonianos la viscosidad aparente se suele representar entonces con la letra griega η.

La unidad de medida de viscosidad en el sistema internacional es el Pa•s, aunque el Poise, la unidad de medida del sistema cegesimal (CGS), está más ampliamente difundida. La relación entre ambas es:

1P \equiv 0.1\ Pa\cdot s

Se pueden distinguir distintos tipos de comportamiento:

Comportamiento newtoniano: Por fluido newtoniano se entiende aquel fluido cuyo valor de viscosidad, a una presión y temperatura dadas, es único para cualquier velocidad de cizalla, siendo independiente del tiempo de aplicación de la cizalla. Si el polímero fundido tiene un comportamiento newtoniano:

\tau=\mu\cdot\dot{\gamma}

Comportamiento no-newtoniano:

Comportamiento dilatante (shear thickening):

Lo presentan aquellos fluidos que ven aumentada su viscosidad al incrementar la velocidad de cizalla aplicada, causado por reorganizaciones en su microestructura. Los fluidos que siguen este comportamiento son poco numerosos, podríamos citar suspensiones de almidón en agua, y ciertas suspensiones de PVC.

Comportamiento pseudoplástico (shear thinning):

Son materiales que ven reducida su viscosidad al aumentar la velocidad de deformaciòn. Muchos materiales muestran este tipo de comportamiento en mayor o menor grado y es el comportamiento más común. Quizá, por ser el comportamiento más común, y encontrarse en gran cantidad de sustancias de aplicación industrial ha sido ampliamente estudiado. Disoluciones de polímeros y polímeros fundidos muestran este tipo de comportamiento. Si el polímero fundido tiene un comportamiento pseudoplástico: \tau=\eta\cdot(\dot{\gamma})^n

En la siguiente tabla, se muestra un rango de viscosidades para diversos materiales a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Liquido Viscosidad aproximada (Pa\cdot s)

Vidrio fundido (500 °C) 10^{12}

Bitumen 10^8

Polimeros fundidos 10^3

Jarabes 10^2

Miel liquida 10^1

Glicerol 10^{-1}

Aceite de oliva 10^{-2}

Agua 10^{-3}

Aire 10^{-5}

Otro de los factores que influye a la viscosidad es la temperatura. Por encima della temperatura de transiciòn vitrea (Tg), ls viscosidad sigue una ley de tipo Arrhenius. El coeficiente de viscosidad, a su vez, es dependiente de la temoeratura, segùn la siguiente relaciòn:

\eta=\eta_0\;e^{Q\diagup RT}

donde \eta_0 es la viscosidad absoluta, \Q es la energìa de activaciòn y T es la temperatura [K].

El comportamiento viscoelàstico, que muchos polimeros exhiben en estado solido, tambien lo muestran en estado liquido. Un ejemplo es la dilatacion en la matriz de extrusion. el material extruido "recuerda" su forma antes de pasar por el orificio. Por otro lado, para el conformado de polímeros también hay que tener en cuenta el comportamiento viscoelástico, que muchos polímeros exhiben en estado sólido, pero que también lo muestran en estado líquido. Un ejemplo es la dilatación en la matriz de extrusión. El material extruido “recuerda” su forma antes de pasar por el orificio.

[[Razón de dilatación a la salida de la matriz debida a la viscoelasticidad:

r_s = D_x/D_d

r_s = Razòn de dilataciòn.

D_x = Diàmetro de la secciòon extruida.

D_d = Diàmetro del orificio de la matriz ]]

Procesados de polímeros[editar]

Los polimeros pueden ser procesados por una variedad de procesos. Algunos de los màs importantes son los siguientes.

Colado o moldeo de polímeros[editar]

El colado de polìmeros es el vertido de un material polimerico en un molde para que se endurezca. Una caracterìstica general es que ninguna de estas tècnicas requiere presiòn.

Los mètodos màs usuales son el colado simple, el colado de películas, el colado de plástico fundido y el colado por rotación.

Colado simple[editar]

En la colada simple, se vierten resinas líquidas o plásticos fundidos en moldes y se dejan polimerizar o enfriar. Hoy en día, las resinas de colada más importantes son poliéster, epoxi, acrílica, poliestireno, siliconas, epóxidos, etil celulosa, acetato butirato de celulosa y poliuretanos. Probablemente, la más conocida sea la resina de poliéster ya que se utiliza profusamente en artesanía y bricolaje.Los moldes pueden estar hechos de madera, metal, yeso determinados plásticos, terminados elastómeros o vidrio.

Productos[editar]

Entre los ejemplos de productos obtenidos por colada simple se incluyen: bisutería, bolas de billar, láminas coladas para ventanas, piezas de muebles, cristales de relojes, gafas de sol, mangos para herramientas, servicios de mesa, pomos, encimeras, lavabos y botones de fantasía.

Tipos especiales de colada simple[editar]

Además de la colada simple, con comunes otras tres formas especiales de colada: inclusión, relleno y encapsulado. También las espumas pueden someterse a colada.

Inclusión. Consiste en recubrir un objeto completamente con plástico transparente. Finalizada la polimerización,se saca la colada del molde y, generalmente, se pule.

Este tipo de tratamiento sirve para conservar, exponer o estudiar un objeto. En biología, es frecuente la inclusión de especímenes de animales y plantas para preservarlosy poderlos manipular sin que se deterioren las frágiles muestras.

Rellenado. Se aplica para proteger componentes eléctricos

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