Procesos De Fabricacion Unidad 4

INSTITUTO TECNOLOGIO DE ZACATEPEC

PROCESOS DE FABRICACION

UNIDAD 4: PROCESOS INDUSTRIALES DE PLÁSTICOS TÉRMICOS, COMPUESTOS TERMOFRAGUANTES, Y MATERIALES CERÁMICOS.

4.1 GENERALIDADES.

4.2 TIPOS DE PLÁSTICOS.

4.3 MATERIAS PRIMAS.

4.4 COMPUESTOS TERMOFRAGUANTES.

4.5 CELULOSAS, POLIESTIRENOS Y PROPILENOS.

4.6 MATERIALES CERÁMICOS.

03/DIC/12

4.1 GENERALIDADES.

Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una delas 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 de fenol formaldehído (o plástico sintético-bakelita), fue desarrollada por el Dr. L.H. Baekeland y sus colegas. En 1912, I. Ostromislenski patentó el cloruro de polivinilo (1927 se comercializó como recubrimiento de paredes) y en la misma época, en Alemania se produjo el poliestireno. En Inglaterra, en 1932, se obtuvo el polietileno. En 1928, gracias a las investigaciones de W. Carothers (de DuPont EE.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 1950 llegaron 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).Es por lo anterior que en esta unidad solo nos enfocaremos en el estudio de los polímeros plásticos. El

Peso molecular de un polímero es la suma de los pesos moleculares de los meros en una cadena representativa. Mientras mayor sea, mayor será la longitud de la cadena. En promedio la mayoría de los polímeros comerciales tienen un peso entre 10,000 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 peso molecular de la unidad representativa. Ejemplo: el peso del mero del PVC es de 62.5, 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 dificulta su 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 la molécula se le llama homopolímero.Los copolímeros contienen dos tipos de polímeros, ejemplo: el estireno-butadieno, que se 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 ramificados.

Los polímeros lineales, se llaman así debido a su estructura secuencial o lineal. Ejemplo: polietileno, PVC, polipropileno.

En los polímeros ramificados las cadenas de ramas laterales se sujetan a la cadena principal durante la síntesis del polímero. Dicha ramificación interviene en el movimiento de 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 ramificados y los troncos rectos son los polímeros lineales. Podemos observar que es más difícil mover 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 mayor dureza, resistencia, rigidez, fragilidad y mejor estabilidad dimensional.

Cristalinidad. Es cuando las moléculas largas se arreglan de modo ordenado entre ellas formando cristalitas (regiones cristalinas), igual que si dobláramos una manguera para incendios en su gabinete o los pañuelos desechables en su caja. Un polímero lineal puede ser100% cristalino, pero no un ramificado (aunque puede desarrollar niveles bajos de cristalinidad), ya que sus ramas interfieren en la alineación de las cadenas en un arreglo cristalino regular. El grado de cristalinidad de un polímero afecta en gran medida en sus propiedades mecánicas y físicas. A medida que aumenta la cristalinidad en un polímero, estos se vuelven más rígidos, más duros, menos dúctiles, más densos, menos flexibles y más resistentes a los solventes y al calor.

Amorfos. Cuando las moléculas no tienen un arreglo ordenado, es como un plato de espaguetis o como lombrices en una cubeta, todos enlazados unos con otros. Ejemplo: el poliestireno. A bajas temperaturas los polímeros amorfos son duros, rígidos, frágiles y vítreos; a altas temperaturas son gomosos o correosos. A la temperatura en que ocurre dicha transición se le llama temperatura vítrea 〖(T〗_g). La temperatura

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