Procesos Industriales De Plásticos térmicos, Compuestos Y Termofraguantes, Y Materiales Cerámicos

4.1 Generalidades

Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una de las cuales está hecha de unidades que se repiten y conectan entre sí. La palabra polímero se deriva del griego poly (muchos), y mero (es parte). La mayoría de los polímeros se basan en el carbono, y por ello se les considera productos químicos orgánicos. Los polímeros se dividen en: Plásticos Cauchos (hules)- categoría de los elastómeros (E)Como materiales de ingeniería son relativamente nuevos en comparación con los metales y los cerámicos, pues sólo datan de alrededor de la mitad del siglo XIX. Nota histórica El descubrimiento de los polímeros fue gracias a Charles Goodyear en 1839 (gracias a la vulcanización del caucho). En 1851, su hermano Nelson patentó el caucho duro (ebonita). El descubrimiento del celuloide por J. W. Hyatt en 1869. Alrededor de 1890 se produjeron por primera vez las fibras de celulosa, llamadas rayón. Alrededor de 1910 se comercializó la película para envolver, el celofán. No fue, sin embargo, sino hasta principios de 1900 cuando uno de los materiales más importantes, la resina defenol formaldehido (o plástico sintético-bakelita), fue desarrollada por el Dr. L.H. Baekeland y suscolegas. En 1912, I. Ostromislenski patentó el cloruro de polivinilo (1927 se comercializó comorecubrimiento de paredes) y en la misma época, en Alemania se produjo el poliestireno. En Inglaterra, en1932, se obtuvo el polietileno. En 1928, gracias a las investigaciones de W. Carothers (de DuPontEE.UU.) se creó la poliamida nylon. En la década de 1940 se crearon varios polímeros de propósito especial; en 1943, el teflón, las siliconas y los poliuretanos; las resinas epóxicas en 1947, y en 1950llegaron las fibras de poliéster, en 1957 el polipropileno, el policarbonato y el polietileno de alta densidad. En la década de 1960 se crearon los elastómeros termoplásticos. Desde entonces la investigación ha agregado numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en propiedades físicas. El 70% de todos los polímeros sintéticos que se producen, y los de mayor importancia comercial, son los termoplásticos (TP); el 30% lo constituyen los polímeros termofraguantes (TS) y elastómeros (E).El Peso molecular de un polímero es la suma de los pesos moleculares de los polímeros en una cadena representativa. Mientras mayor sea, mayor será la longitud dela cadena. En promedio la mayoría de los polímeros comerciales tienen un peso entre10,000 y 10’000,000. Este tiene una fuerte influencia en sus propiedades, por ejemplo: resistencia a la tensión y al impacto, agrietamiento y viscosidad (aumenta al tener mayor peso molecular).

Grado de polimerización (DP) es la relación del peso molecular del polímero al pesomolecular de la unidad representativa. Ejemplo: el peso del polímero del PVC es de62.5, entonces del DP del PVC con un peso molecular de 50,000 es 50,000/62.5=800.A mayor DP mayor viscosidad del polímero o resistencia de flujo y por lo tanto dificultasu formado, y por ende, el costo total de su procesamiento.Si todas las unidades repetitivas de la cadena de un polímero son del mismo tipo, a lamolécula se le llama homopolímero.Los copolímeros contienen dos tipos de polímeros, ejemplo: el estireno-butadieno, quese utiliza en las llantas para automóviles.Los terpolímeros contienen tres tipos de polímeros, ejemplo: el ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) que se utiliza en los cascos, teléfonos.Características de los polímeros lineales y ramificadosLos polímeros lineales, se llaman así debido a su estructura secuencial o lineal.Ejemplo: polietileno, PVC, polipropileno.

4. En los polímeros ramificados las cadenas de ramas laterales se sujetan a la cadenaprincipal durante la síntesis del polímero. Dicha ramificación interviene en el movimientode las cadenas moleculares. Es decir aumenta su resistencia a las deformaciones y alagrietamiento por esfuerzos. Su densidad es menor en comparación con la densidad delos polímeros lineales.Hagamos una analogía de un árbol. Las ramas del árbol son los polímeros ramificadosy los troncos rectos son los polímeros lineales. Podemos observar que es más difícilmover una rama dentro del grupo de ramas que un tronco recto.Los polímeros entrecruzados o de enlace cruzado son los llamados termofraguantes.Este tipo de enlace influye en las propiedades del polímero, por ejemplo aporta mayordureza, resistencia, rigidez, fragilidad y mejor estabilidad dimensional.CristalinidadEs cuando las moléculas largas se arreglan de modo ordenado entre ellas formandocristalitas (regiones cristalinas), igual que si dobláramos una manguera para incendiosen su gabinete o los pañuelos desechables en su caja. Un polímero lineal puede ser100% cristalino, pero no un ramificado (aunque puede desarrollar niveles bajos decristalinidad), ya que sus ramas interfieren en la alineación de las cadenas en unarreglo cristalino regular.El grado de cristalinidad de un polímero afecta en gran medida en sus propiedadesmecánicas y físicas. A medida que aumenta la cristalinidad en un polímero, estos sevuelven más rígidos, más duros, menos dúctiles, más densos, menos flexibles y másresistentes a los solventes y al calor.AmorfosCuando las moléculas no tienen un arreglo ordenado, es como un plato de espagueti ocomo lombrices en una cubeta, todos enlazados unos con otros. Ejemplo: elpoliestireno. A bajas temperaturas los polímeros amorfos son duros, rígidos, frágiles yvítreos; a altas temperaturas son gomosos o correosos. A la temperatura en que ocurredicha transición se le llama temperatura vítrea (Tg). La temperatura vítrea varíadependiendo del polímero.

5. Conforme aumenta la temperatura los polímeros cambian en sus propiedadesmecánicas; desde la temperatura ambiente, a la vítrea y a la de fusión. Es decir desólidos a viscosos.Los polímeros plásticos:Son sustancias de origen orgánico formadas por largas cadenas macromoleculares quecontienen en su estructura carbono e hidrógeno principalmente. Se obtienen mediantereacciones químicas entre diferentes materias primas de origen sintético o natural(polimerización).En determinada etapa de su manufactura todo plástico es capaz de adoptar la formafinal deseada, bajo la acción de calor y presión. Se obtienen por moldeo.Polimerización:Es un proceso químico por el que los monómeros (compuestos de bajo peso molecular)se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamadapolímero o macromoléculas.Existen dos métodos de síntesis: 1. Polimerización por adición. 2. Polimerización por etapas.En la polimerización por adición o en cadenas los monómeros pasan a formar partede la cadena de uno en uno. Primero se forman dímeros, después trímeros, acontinuación tetrámeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, de monómero amonómero.

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