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Materiales de Ingeniera E. Donoso C.

8. POLMEROS

Polmero estructuras moleculares de alto peso molecular, construidaspor repeticiones de unidades ms pequeas, meros (monmeros).

H H H H H H H H

CCCCCCCC cloruro de polivinilo (PVC) H Cl H Cl H Cl H Cl

unidad monomrica

Clasificacin de las molculas polimricas:

Caractersticas moleculares

Qumica Tamao Forma Estructura

unidad peso cadena plegada

monomrica molecular doblada

lineal ramificada entrecruzada reticulada

estados isomricos

estereoisomricos isomricos geomtricos

isotctico sindiotctico atctico Cis Trans

Tamao: Peso molecular medio Mw= wiMi

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Estructura Molecular

a) Polmeros lineales:(polietileno, cloruro de

polivinilo, poliestireno, etc.)

** cada crculo representauna unidad monomrica

b) Polmeros ramificados:(cloruro de polivinilo, poliestireno)

c) Polmeros entrecruzados:(caucho)

d) Polmeros reticulados:(epoxy)

Estados Isomricos

a) Estereoisomera H H H H H H H H

- Isotctica: CCCCCCCC

H R H R H R H R

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H H H R H H H R

- Sindiotctica: CCCCCCCC

H R H H H R H H

H H H H H R H H

- Atctica: CCCCCCCC H R H R H H H R

b) Isomera geomtrica (configuraciones de la cadena en unidadesmonomricas que tienen doble enlaces entre tomos de carbn).

Ejemplo: Isopropeno:

CH3 H CH3 CH2

C = C C = C

CH2

CH2

CH2

H

Cis (cis-isopropeno, caucho) Trans (tras-isopropeno, gutapercha)

Peso Molecular, Mny Mw

- Peso molecular medio numrico, Mn: se distribuyen las cadenas en una

serie de intervalos de tamao, y luego se determina la fraccin del

nmero total de cadenas correspondiente a cada intervalo de tamao.

Mn= xiMi

Mi, xi corresponden al peso molecular y a la fraccin del nmero total de

cadenas correspondiente al intervalo de tamao i, respectivamente.

- Peso molecular medio msico, Mw: peso de la fraccin de molculas

incluidas dentro de varios intervalos de tamaos.

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Mw= wiMi

wi corresponde al peso de la fraccin de molculas situadas dentro del

correspondiente intervalo de tamaos.

Principales tipos de polmeros

Termoplsticos: se deforman por calor (polietileno-PE,

polipropileno-PP, nylon, cloruro de polivinilo-PVC, etc.)

a) Plsticos:

Termoestables: forma permanente se obtiene por reaccin

qumica (resina epoxy, poliester-fibra de vidrio, fenol-

folmaldehido-bakelita, etc.)

b)

Elastmeros: cauchos, deformacin elstica no lineal (poli-isopropeno-goma natural, policloropropeno-neoprene, etc.)

c) Naturales: celulosa, proteinas, etc.

Propiedades mecnicas y termomecnicas

Los materiales polimricos presentan 3 tipos distintos de

comportamiento esfuerzo-deformacin: frgil, dctil y totalmenteelstico. En los polmeros, el mdulo de elsticidad, resistencia a la

traccin y ductilidad se determina de la misma forma que en las

aleaciones metlicas.

A: Polmero frgil

(poliestireno)

B: Material con ductilidad

(polipropileno)C: Totalmente elstico

(elastmeros)0

10

2030

40

50

60

70

0 2 4 6 8

Deformacin

Esfuerzo,

MPa

A

B C

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Influencia de la Temperatura:

Ejemplo:

Metacrilato

de metilo

Cristalinidad polimrica:

Ordenamiento (empaquetamiento) de cadenas moleculares para producir

una disposicin atmica ordenada.

Estructura cristalina y la

celda unidad del polietileno, ysu relacin con la estructura de

la cadena molecular.

Substancia moleculares constituidas por pequeas molculas son

cristalinas al estado slido y amorfas al estado lquido (agua, metano,

etc.)

Molculas polimricas, por su tamao y complejidad, son generalmente

semicristalinas con regiones cristalinas dispersas dentro de un material

amorfo.

0

20

40

60

80

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Deformacin

Esfuerzo,

MPa

4C

20C

30C40C

50C

60C 1.3

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Materiales de Ingeniera E. Donoso C

Grado de cristalinidad, %: desde completamente amorfo a casi totalmente

cristalinas (95 %)

(( ))

(( ))c s a

s c a% cristalinidad 100

= =

s, a y c corresponden a las densidades del polmero al que se deseamedir la cristalinidad, del polmero totalmente amorfo y del polmero

totalmente cristalino, respectivamente.

El grado de cristalinidad depende de:

- velocidad de enfriamiento durante la solidificacin

-

configuracin de la cadena

Tcnicas de conformado

El procedimiento a utilizar depende de: tipo de material (termoplstico,

elastmero, etc.), de la temperatura de ablandamiento, la estabilidad del

material, la geometra y el tamao del producto.

Conformado de plsticos:

- moldeo por compresin

-

moldeo por transferencia- moldeo por inyeccin

- moldeo por extrusin

- moldeo por soplado

- colada

Conformado de elastmeros:

- Vulcanizacin: proceso de entrecuzamiento conseguida mediante una

reaccin qumica no reversible. Generalmente se agrega azufre alelastmero en caliente; los tomos de S unen cadenas vecinas formando

el entrecruzamiento.

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Materiales de Ingeniera E. Donoso C

a) Extrusin de termoplsticos

b) Soplado de termoplsticos

aire comprimido

preforma producto soplado

matriz

c) Inyeccin de termoplsticos

presin

d) Moldeo por transferencia de termoestables

preforma no polmero fundido polimero inyectado polimerizado sin polimerizar empieza a polimerizarse

material olimrico

producto extruido

material olimricomolde

cmara de calentamiento

producto final

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e) Compresin de termoestables

placa punzn

guas

calentamiento y

enfriamiento

material a moldear

cavidad del molde

mbolo

molde

calentamiento y

enfriamiento