Introducción a los conceptos de sistemas productivos y procesos industriales

Materiales en la Industria

Profesor:  Jefferson Rubiano

Samuel Jesús Rodríguez Silva.

ID N° 100063007

Mayo 2020

Corporación Universitaria IBEROAMERICANA.

Ingeniería Industrial.

Ingeniería de Materiales

MARCO TEÓRICO

Antes de empezar a trabajar con los polímeros es conveniente explicar qué se entiende por polímero y el origen de ellos. Cuando hablamos de polímeros nos referimos a un compuesto sintético o natural formado a partir de la repetición de una unidad estructural llamado monómero.

Los polímeros han estado presentes en la vida y la naturaleza desde sus comienzos, como pueden ser las proteínas, pero los primeros polímeros artificiales surgieron a mediados del siglo diecinueve desarrollándose hasta nuestros días. Los primeros polímeros artificiales se obtuvieron a base de la transformación de polímeros naturales (caucho, seda, algodón, etc…). Se cree que el primer polímero fue elaborado por Charles Goodyear en 1839 con el vulcanizado del caucho. En 1846 y 1868 se desarrollaron formas de sintetizar celuloide a partir del nitrato de celulosa. Pero el primer polímero totalmente sintético fue desarrollado por el químico estadounidense Leo Hendrik BAekeland: la baquelita. Este producto tuvo un gran éxito debido a sus peculiares propiedades: se le podía dar la forma deseada antes de que se enfriara, no conducía la electricidad y era resistente al agua y los disolventes. Pronto surgieron otros polímeros que revolucionarían esta industria como el poliestireno y el policloruro de vinilo (PVC), 1911 y 1912 respectivamente. Estos polímeros fueron sustitutos del caucho y se usaron para la creación de objetos y utensilios de la vida cotidiana. Otros polímeros importantes fueron el metracrilato de metilo polimerizado (plexiglás) que se usó como sustituto del cristal, el teflón, usado en utensilios de cocina por sus propiedades antiadherentes y el nailon, primer plástico de alto rendimiento.

El avance de la industria de los polímeros se intensificó mucho a partir de 1926, cuando el químico alemán Hermann Staudinger expuso su teoría de los polímeros: largas cadenas de pequeñas unidades unidas por enlaces covalentes (fundamento de la química macromolecular).

Esta industria volvió a sufrir otro gran avance en la segunda guerra mundial. Puesto que la mayoría de los países no recibía materias primas, ya sea porque el país que se la suministraba se encontraba en el bando contrario, o porque las rutas de comercio estaban muy controladas, se vieron obligados a desarrollar nuevos polímeros para sustituir las materias primas con las que normalmente hacían los distintos productos o armas de combate. Ejemplo de esto puede ser el caucho sintético usado por Alemania para las ruedas de los tanques y el nailon, desarrollado por los E.E.U.U. usado para fabricar textiles como paracaídas o prendas combinándolo con lana o algodón.

Durante la posguerra y hasta nuestros días la industria de los polímeros ha seguido avanzando a pasos agigantados desarrollándose nuevos polímeros como el polietileno o el polipropileno, dos de los polímeros más usados en la actualidad.

En función de la composición química, los polímeros pueden ser inorgánicos como por ejemplo el vidrio, o pueden ser orgánicos como por ejemplo los adhesivos de resina epoxi, los polímeros orgánicos se pueden clasificar a su vez en polímeros naturales como las proteínas y en polímeros sintéticos como los materiales termoestables.

Existen diferentes parámetros que miden las propiedades de los polímeros como el radio de giro, la densidad del polímero, la distancia media entre las cadenas poliméricas, la longitud del segmento cuasi-estático dentro de las cadenas poliméricas, etc...

Entre las propiedades que definen las propiedades de los polímeros, las más importantes son:

• flecha La temperatura de transición vítrea del polímero
• flecha El peso medio molecular del polímero

La temperatura de transición vítrea determina la temperatura en la cual el polímero cambia radicalmente sus propiedades mecánicas, cuando la temperatura de transición vítrea es ligeramente inferior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material

elástico (elastómero), cuando la temperatura de transición vítrea es superior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material rígido (termoestable).

El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del polímero, así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad, mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión), polímeros con alto peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos.

Propiedades físicas.

De las propiedades físicas encontramos que los polímeros se componen por fibras, elastómeros (la propiedad que le permite volver a su forma después de haber sometido a una fuerza externa), resistencia a la abrasión, también hay aquellos que a diferencia de los conformados por elastómeros al ser sometidos a una fuerza no retoman su forma original al carecer de estos, además de la capacidad adhesiva.

Comportamiento frente al calor.

Existen actualmente dos tipos de polímeros que tienen capacidades y usos diferentes sometidos al calor directo como los termoplásticos (polietileno, nylon y poliestireno). Por otra parte, contamos con los polímeros termoestables que a diferencia de los termoplásticos al ser sometidos en calor la forma resultante del calor sometido no puede volver a deformarse para adquirir la forma original que poseía puesto que sus propiedades químicas se descomponen.

Si bien dichas propiedades les confieren a los polímeros la facultad de ser utilizados incluso en el cuerpo humano como biomateriales, también

encontramos como los polímeros con su ya innata capacidad de resistencia ante los cambios del medio ambiente sumados a los esfuerzos del ser humano por mejorar los compuestos ya existentes, hemos orillado al consumismo apropiarse de nuestras vidas, al grado que dependemos rotundamente de la comodidad antes que la calidad.

Formación de un Polímero

Existen muchas maneras de realizar un polímero, una de ellas es mediante la reacción que ocurre entre el pegamento blanco y el bórax. El pegamento tiene componente principal el acetato de polivinilo. Al disolver el bórax en agua da un ion tetra borato. Estos iones enlazan las cadenas de acetato de polivinilo mediante enlaces de hidrogeno. De esta manera se puede formar un acetato de polivinil – boro el cual es un polímero también conocido como la goma blanca.

Clasificación

Un polímero se puede clasificar en homopolímero, que es aquel que está formado por un monómero igual en toda su cadena, por ejemplo, el poliestireno. También se pueden clasificar como copolímero, que es aquel cuya cadena está formada por al menos 2 monómeros distintos, por ejemplo, el SRB.

Existen un gran abanico de materiales cuya composición se basan en polímeros, todos los plásticos, los recubrimientos de pintura, los adhesivos, los materiales compuestos, etc. son ejemplos de materiales basados en polímeros que utilizamos en nuestro día a día.

• Si se clasifican según su origen, los polímeros pueden ser:

Polímeros naturales: Su origen es biológico.

Polímeros sintéticos: Son creados enteramente por el ser humano.

Polímeros semisintéticos: Son creados por transformación de polímeros naturales.

• Si se clasifican según su composición, podemos distinguir entre:

Polímeros orgánicos: que poseen una cadena principal de átomos de carbono.

Polímeros orgánicos vinílicos: semejantes a los orgánicos, pero con enlaces dobles carbono- carbono. Incluyen las poliolefinas, estirénicos, vinílicos halogenados y acrílicos.

Polímeros orgánicos no vinílicos: poseen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal, además de carbonos. Incluyen los poliésteres, las poliamidas y los poliuretanos. Polímeros inorgánicos: basados en otros elementos como el azufre (polisulfuros) o el silicio (la silicona).

Ejemplos de polímeros.

Algunos de los polímeros más conocidos y de mayor importancia humana son:

Policloruro de vinilo. También conocido como PVC y de fórmula general , se obtiene a partir de la polimerización de unidades de cloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil que se conoce y se usa para todo tipo de envases, calzado, recubrimientos, flexibles e incluso tuberías.[pic 1]

Poliestireno. Conocido como PS, se obtiene a partir de monómeros de estireno, pudiendo obtener resultados muy diversos: más o menos transparente, más o menos quebradizo, o incluso variantes muy densas e impermeables. Fue sintetizado por vez primera en Alemania en 1930 y desde entonces se producen unas 10,6 millones toneladas anuales en el mundo.

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