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Materiales Poliméricos 1 de 33
UNNE — Ingeniería Electromecánica — Ciencia de los Materiales — Curso 2013
U.N.N.E. FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA Cátedra: CIENCIA DE LOS MATERIALES Profesor titular: Ing. Carlos G. Micuzzi
MATERIALES POLIMÉRICOS
TEMARIO :
1. — GENERALIDADES
1.1 — POLÍMEROS NATURALES
1.2 — POLÍMEROS SINTÉTICOS
2. — ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS POLÍMEROS
2.1 — HIDROCARBUROS SATURADOS
2.2 — HIDROCARBUROS INSATURADOS — Bifuncionales;
Trifuncionales
2.3 — POLIMERIZACIÓN DE MONÓMEROS INSATURADOS
2.4 — TAMAÑO MOLECULAR — Peso Molecular; Grado de
Polimerización
2.5 — FORMAS DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR
2.6 — CONFIGURACIONES MOLÉCULARES — Isomería;
Estereoisomería
2.7 — COPOLÍMEROS
2.8 — CRISTALINIDAD
3. — COMPORTAMIENTO MECÁNICO - TÉRMICO
4. — CLASIFICACION GENERAL
4.1 — POLÍMEROS PLÁSTICOS
—— TERMOPLÁSTICOS ——— DE USO GENERAL
——— DE INGENIERÍA
—— TERMOESTABLES
4.2 — POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS
4.3 — POLÍMEROS ESPECIALES
5. — POLIMERIZACIÓN
5.1 — POR ADICIÓN
5.2 — POR CONDENSACIÓN
5.3 — ADITIVOS
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6. —CONFORMADO
6.1 — CONFORMADO DE PLÁSTICOS
6.2 — PROCESADO DE LOS ELASTÓMEROS
6.3 — CONFORMADO DE FIBRAS
7. — PRINCIPALES MATERIALES POLIMÉRICOS
7.1 — CLASIFICACION
7.2 — PRINCIPALES PROPIEDADES Y APLICACIONES
— Bibliografía.-
1.— GENERALIDADES:
En general los materiales Poliméricos se caracterizan principalmente por:
• Su baja densidad • Resistencia a la corrosión • Baja conductividad Eléctrica y Térmica • Baja resistencia mecánica
La polimerización es el proceso mediante el cual varias moléculas sencillas se unen para formar
una macromolécula o molécula polimérica [ Poli (muchas), Meros (partes) ]
Proceso de
+ + + Polimerización
Molécula Sencilla ó Monómero Macromolécula ó Molécula Polimérica
La polimerización puede tener lugar en forma natural o artificial :
NATURAL POLÍMEROS NATURALES
ARTIFICIAL POLÍMEROS SINTÉTICOS
1.1 — POLÍMEROS NATURALES:
La polimerización natural tiene origen animal o vegetal, es decir propia de los seres vivos,
que al menos en la tierra, están compuestos principalmente de Carbono e Hidrogeno
Son ejemplos de polímeros naturales:
• La madera • El caucho • El cuero • La lana • La seda • Etc.
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El Carbono, por su comportamiento, es el principal responsable de la polimerización, y como
todo compuesto que contiene carbono se conoce como COMPUESTOS ORGANICOS, de
donde deriva lo de POLÍMEROS ORGANICOS
También el Silicio tiene un comportamiento similar al Carbono, pudiendo formar
POLÍMEROS INORGANICOS
1.2 — POLÍMEROS SINTÉTICOS:
La polimerización artificial tiene lugar en un proceso de sinterización, o sea un aglomerado
de partículas por difusión (la difusión es el fenómeno por el cual se produce transporte de
masa por movilidad atómica, usualmente a altas temperaturas y presiones)
En función, principalmente de sus: Propiedades elásticas; Estabilidad dimensional y
Comportamiento térmico, los polímeros sintéticos se agrupan como:
1. POLÍMEROS PLÁSTICOS
2. POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS
3. POLÍMEROS ESPECIALES
2.— ESTRUCTURA MOLECULAR DE LOS POLÍMEROS:
La mayoría de los polímeros orgánicos son Hidrocarburos, es decir compuestos de Carbono
e Hidrógeno, en que los átomos de C e H comparten sus electrones, generando enlaces
interatómicos del tipo Covalente
Un átomo de carbono participa del enlace con cuatro electrones, que pueden enlazarse al electrón
del átomo de hidrogeno
Según que el átomo de carbono comparta o no todos sus electrones con átomos de Hidrogeno,
los hidrocarburos pueden ser:
• HIDROCARBUROS SATURADOS • HIDROCARBUROS NO SATURADOS ó INSATURADOS
2.1 — HIDROCARBUROS SATURADOS
Ejemplo de un hidrocarburo saturado es el metano ( CH4 ).
H |
H — C — H | H
Notación simbólica Notación química
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Este, como otros derivados del petróleo que se conocen
como parafinas, no polimerizan por tener los átomos de
carbono todos sus electrones compartidos
2.2 — HIDROCARBUROS INSATURADOS
Los hidrocarburos insaturados en cambio, pueden presentar doble enlace entre átomos de
carbono (Bifuncionales) ó triple enlace (Trifuncionales), por ejemplo:
2.3 — PLIMERIZACION DE MONÓMEROS INSATURADOS
Los enlaces Dobles o Triples del carbono pueden romperse por la acción de un
CATALIZADOR ó INICIADOR ( Substancias que participan de una reacción química
manteniendo su identidad), por ejemplo, en la síntesis de los plásticos son radicales activos
(átomos o grupo de átomos ionizados, con un electrón libre o desapareado)
Por ejemplo, una catalizador en presencia de un monómero bifuncional, como el gas etileno,
es capaz de romper el doble enlace del “C” , el electrón desapareado se traslada entonces
al final de la molécula y puede dar inicio a una reacción en cadena para formar una
macromolécula o Molécula Polimérica de Polietileno, como se aprecia en la siguiente figura.
H |
H — C — H | H
Monómero de Metano
H H | |
C C | | H H
Monómero de Etileno ( C2H4 ) Enlace doble (bifuncional)
H — C C — H
Monómero de Acetileno ( C2H2 ) Enlace triple (trifuncional)
H H | |
R • + C C | | H H
H H | |
R — C — C • | | H H
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La unidad repetitiva en la cadena es la Unidad Monomérica de la cadena
De acuerdo con la composición y el proceso de polimerización se pueden formar distintas
Unidades Monoméricas para generar la cadena polimérica, por ejemplo :
Si en la unidad monomérica interviene un átomo de Cloro, se forma una molécula de
POLICLORURO DE VINILO (PVC)
Si en lugar del “H” los átomos de “C” se enlazan con átomos de Flúor, se forma una molécula
polimérica de POLITETRAFLUORETILENO (TEFLON)
En realidad los átomos de carbono no se enlazan de manera lineal, es decir a 180° como podría
interpretarse de la notación simbólica, los átomos de “C” se enlazan en ángulo de
aproximadamente 109°, dando lugar a una cadena polimérica en forma de zig-zag.
Además de la disposición en zig-zag del esqueleto atómico de las moléculas, las cadenas pueden
rotar, plegarse y retorcerse hasta adquirir una forma muy intrincada. La flexibilidad de las cadenas
para comportarse de esta manera depende de varios factores, principalmente de la estructura y
química de la unidad monomérica. Este comportamiento hace que muchas moléculas se enreden
y entrelacen formando un símil a un plato de fideos
Enlaces en zig – zag de los Aspecto real de una molécula Átomos de carbono polimérica
La reacción en cadena se interrumpe dando lugar a una molécula No Reactiva, cuando los
extremos de dos cadenas activas se unen, o cuando el extremo activo de una cadena reacciona
con un iniciador
Unidad Monomérica
Molécula Polimérica de Polietileno
H H H H H H H H H H | | | | | | | | | |
— C — C — C — C — C — C — C — C — C — C — | | | | | | | | | | H H H H H H H H H H
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Las propiedades de los materiales poliméricos dependen principalmente de :
• Tamaño molécular • Forma de la estructura molécular • Configuracion molécular • Copolimerización • Cristalinidad
parámetros que analizamos sintéticamente:
2.4 — TAMAÑO MOLECULAR :
Durante la Polimerización, la longitud de las moléculas depende de varios factores
aleatorios:
• Contacto con un iniciador • Contacto entre extremos de moléculas • Contacto con un terminador
En consecuencia, el material polimérico esta formado por muchas moléculas mezcladas de
diferente longitud, razón por la cual se considera el TAMAÑO MOLECULAR MEDIO para
referirse a la longitud de la macromolécula
El tamaño medio molecular se cuantifica en función del PESO MOLECULAR MEDIO que
puede ser determinado experimentalmente. El Peso Molecular representa el peso de todos
los átomos de una cadena molecular, es decir, un Peso Molecular ALTO implica moléculas
muy grandes, una primera consecuencia del peso molecular es el estado del material
polimérico: gaseoso; Liquido; Sólido, según aumente el peso molecular
También se acostumbra a referirse al tamaño molecular mediante el GRADO DE
POLIMERIZACIÓN, que representa el número medio de Unidades Monoméricas de una
cadena. Suele determinarse o relacionarse con en función del peso molecular.
2.5 — FORMAS DE LA ESTRUCTURAS MOLECULAR :
Usualmente se define como ESTRUCTURA MOLECULAR la forma en que se disponen y
enlazan las cadenas moleculares.
Dado lo aleatorio de la formación de las moléculas poliméricas, es lógico pensar que un
mismo material polimérico presente distintas estructuras moleculares, sin embargo se los
clasifica por la forma predominante
ESTRUCTURA LINEAL
Cadenas sencillas unidas por Enlaces Secundarios
débiles
Característica de polímeros Muy Flexibles
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ESTRUCTURA RAMIFICADA
Entre las Cadenas Principales. Se disponen Cadenas
Secundarias
Se disminuye mucho la eficiencia del Empaquetamiento,
y como consecuencia la densidad del Polímero
ESTRUCTURA ENTRECRUZADA
Existe un entrecruzamiento de cadenas unidas por
enlaces Covalentes fuertes. Esto provoca una menor
posibilidad de deslizamiento de la cadenas moleculares,
disminuyendo la ductilidad del polímero, pero se
favorece una mayor resistencia del material
Estructura característica de los Plásticos Termoestables
El entrecruzamiento de cadenas se puede lograr:
Mediante deformación mecánica (acritud) o por calor y
presión
ESTRUCTURA ESCALONADA
La cadenas lineales se unen regularmente
Resulta una estructura de rigidez intermedia entre la
lineal y la entrecruzada. Para fracturar la molécula
deben romperse dos enlaces
ESTRUCTURA RETICULAR
Es una estructura propia de las unidades monoméricas
Trifuncionales (tres enlaces covalentes activos) Se
forman redes tridimensionales en lugar de cadenas
dispuestas en forma bidimensional
Esta estructura proporciona al polímero buenas
propiedades mecánicas y térmicas
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2.6 — CONFIGURACIONES MOLÉCULARES :
Las propiedades de los polímeros que tienen mas de un átomo o grupos de átomos
unidos a la cadena principal, dependen de la regularidad y simetría en que los mismos se
disponen en la cadena principal
Las configuraciones mas frecuentes son las siguientes:
Localización entre átomos alternados
de carbono y a un mismo lado de la
cadena
Localización entre átomos alternados
de Carbono, alternando también el
lado de la cadena
Localización entre átomos
adyacentes de Carbono y a un mismo
lado de la cadena
Localización en posiciones aleatorias
Dos o mas moléculas o unidades monoméricas pueden presentan distintas configuraciones
moleculares con igual composición química, situación a la que la llama ISOMERIA en tanto que la
ESTEREOISOMERIA se refiere a un Isómero polimérico cuyos grupos dentro de la unidad
monomérica están enlazados en el mismo orden en la cadena molecular, pero en distinta
disposición espacial
2.7 — COPOLÍMEROS :
Se llaman copolímeros a los materiales en los que en la cadena molecular se disponen dos
o mas unidades monoméricas distintas. En consecuencia, materiales con cadenas
moleculares formadas por una única unidad monomérica se llaman HOMOPOLÍMEROS.
H H H H H H H H | | | | | | | |
— C — C — C — C — C — C — C — C — | | | | | | | | H ® H ® H ® H ®
H H H ® H H H ® | | | | | | | |
— C — C — C — C — C — C — C — C — | | | | | | | | H ® H H H ® H H
H H H H H H H H | | | | | | | |
— C — C — C — C — C — C — C — C — | | | | | | | | H ® ® H ® ® H H
H H ® H ® H H ® | | | | | | | |
— C — C — C — C — C — C — C — C — | | | | | | | | H ® H H H H H H
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La posibilidad de que en una cadena molecular puedan disponerse de dos o mas unidades
monoméricas distintas, abre infinitas posibilidades de combinación de propiedades en los
materiales poliméricos
Para distinguir o agrupar a los copolímeros, asumiendo que se componen solo de dos
unidades monoméricas distintas, se los clasifica en :
COPOLÍMERO AL AZAR
Disposición aleatoria de las unidades monoméricas
distintas
COPOLÍMEROS ALTERNADOS
Disposición alternada de las unidades monoméricas
distintas
COPOLÍMEROS EN BLOQUES
Las unidades monoméricas distintas se disponen en
bloques dentro de la cadena
COPOLÍMEROS DE INJERTO
La cadena principal esta formada por una única
unidad monomérica, y la otra se dispone en cadenas
laterales
2.8 — CRISTALINIDAD :
A diferencia de los materiales metálicos y cerámicos, en los que la cristalinidad se refiere al
ordenamiento de átomos o iones, en los materiales poliméricos la cristalinidad se refiere al
ordenamiento de moléculas, resultando en consecuencia mucho mas compleja.
En los polímeros cristalinos las moléculas se empaquetan generando una disposición
molecular ordenada que tiene incidencia en varias propiedades de los mismos. Debe
tenerse en cuenta que debido a lo aleatorio de la formación de las cadenas poliméricas,
difícilmente se logre una cristalinidad total, por eso cuando decimos que se trata de un
polímero cristalino, en realidad la cristalinidad del mismo alcanza aproximadamente el 95 %
Un polímero puede ser totalmente cristalino (95%) o totalmente amorfo . En general son
Parcialmente Cristalinos
Materiales poliméricos con igual peso molecular medio, o sea, con igual longitud media de
sus moléculas, el que presente mayor grado de cristalinidad será el que tenga mayor
densidad, debido a que la cristalinidad favorece un empaquetamiento mas eficiente
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En los polímeros químicamente complejos cuesta mucho lograr la cristalinidad. En
contrapartida, en los polímeros químicamente sencillos cuesta mucho lograr el estado
amorfo
Los polímeros cristalinos son mas resistentes al ablandamiento térmico y a la disolución
El crecimiento de los monocristales, para formar los cristales poliméricos a partir de
disoluciones diluidas, consiste en la formación de delgadas capas o laminillas que se
disponen en una estructura multicapa. Cada laminilla se forma por cadenas que se pliegan
una y otra ves sobre si mismas, como se indica en la figura
Los cristales laminados están separados por material amorfo y conectados entre si por
moléculas de unión que atraviesan las regiones amorfas
Los polímeros que cristalizan a partir de un liquido lo hacen en forma esférica, por lo que se
les llama ESFERULITAS
El crecimiento de las esferulitas durante la cristalización se interrumpe cuando las caras de
las esferas se tocan. Las esferulitas son el símil de los granos en los materiales metálicos, a
diferencia de que las esferulitas están formadas por cristales laminados y material amorfo
La figura siguiente muestra esquemáticamente una esferulita y las laminillas que la forman
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3. — COMPORTAMIENTO MECÁNICO Y TÉRMICO:
Los materiales metálicos tienen la propiedad de comportarse como sólidos elásticos ideales
(Hooke) pudiendo considerarse la proporcionalidad entre tensiones y deformaciones
independiente del tiempo
En oposición a este comportamiento se encuentran los fluidos perfectamente elásticos
Los materiales poliméricos pueden presentar tanto propiedades de sólidos elásticos como
de líquidos viscosos, por los que se les llama VISCOELASTICOS
El comportamiento viscoelastico de un
polímero se demuestra sometiendo una
probeta a una carga constante y
graficando la deformación en función del
tiempo
Si la carga se mantiene durante un tiempo
breve y se retira, la probeta recobra su
longitud inicial, comportándose el
polímero como un sólido elástico
En cambio si la carga se mantiene
durante un cierto tiempo, se produce un
incremento adicional de la deformación
que no se recupera cuando se retira la
carga, es decir se produce una
deformación plástica (permanente). A este
fenómeno se lo llama Flujo Viscoso
Las propiedades mecánicas de los
polímeros se expresan a través de
parámetros similares a los de los metales:
Módulo de elasticidad; Resistencia a la
Tracción; Alargamiento porcentual de
rotura; Resistencia al impacto; Resistencia
a la fatiga; etc.
La curva tenso–deformacion de los
polímeros en un ensayo de tracción
muestra tres comportamientos típicos de los
mismo como se muestra en la figura
tiempo
defo
rmac
ión
to t1
carg
a
desc
arga
Ten
sión
deformación
Polímero frágil
Polímero elástico
Muy elástico (elastómero)
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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:
Las propiedades mecánicas de los polímeros se fuertemente afectada por la temperatura, la
que incide según el grado de cristalinidad como se aprecia en la gráfica “Volumen
especifico – Temperatura”
A la temperatura de transición vítrea, el polímero se transforma en vidrio rígido. Podría
decirse que la Temperatura de transición vítrea es la transición entre un polímero dúctil y
uno frágil
Al enfriarse el polímero cristalino muestra un brusco cambio de la pendiente de la curva que
indica un repentino descenso del volumen especifico, motivado por un mejor
empaquetamiento de las cadenas poliméricas en las regiones cristalinas. Por sobre la Tg se
comporta como un sólido viscoso y por debajo como un vidrio frágil quebradizo
Como las propiedades dependen del grado de cristalinidad, estas varían por debajo de la Tg
Cuando mayor es el grado de cristalinidad, menos se afectan las propiedades mecánicas
por efecto de la transición vítrea
Tg : temperatura de transición vítrea
Tm: temperatura de reblandecimiento
símil , temperatura de fusión
A manera comparativa con las aleaciones metálicas:
Propiedades Polímeros Aleaciones metálicas
E [Mpa] 10 a 4.000 50.000 a 400.000
σ ET max [Mpa] 100 4.000
Alargamiento % de rotura Hasta 1.000 % < 100 %
Densidad [gr/cm3] 0,9 a 2 7 a 8
En términos generales pueden considerarse los siguientes factores principales que inciden en la
resistencia de los materiales poliméricos:
Vol
umen
esp
ecifi
co
temperatura
Sólido Elástico
Sólido rígido
Fluido viscoso
Tm Tg
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• En general el aumento del grado de cristalinidad aumenta la resistencia a la tracción, el
módulo de elasticidad y la densidad.
• La introducción de grupos laterales entre las cadenas de átomos de carbono, aumenta la
rigidez y la resistencia, disminuyendo la ductilidad
• La introducción de átomos de cloro en la cadena de átomos de carbono, aumenta
considerablemente la resistencia de los polímeros
• La introducción de átomos de oxigeno o nitrógeno en la cadena principal de átomos de
carbono también contribuye al aumento de la resistencia
• Una apreciable combinación de propiedades se obtiene agregando fibras de vidrio a los
materiales plásticos, constituyendo uno de los mas usados materiales compuestos,
como veremos al tratar los mismos
• Tanto los polímeros cristalinos como los amorfos son frágiles a bajas temperaturas con
poca resistencia al impacto
• Los polímeros tienen un comportamiento a la fatiga similar a los metales, pero acusando
resistencia y limite a la fatiga mucho menores que los metales
• la resistencia a la torsión de los polímeros esta relacionada con su resistencia a la
tracción
• La dureza de los materiales poliméricos se determina por rayado o penetración en forma
similar a los metales.
4. — CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES POLIMÉRICOS
En general, los materiales poliméricos se agrupan en función de:
• Su comportamiento térmico • Su estabilidad dimensional • Su elasticidad
en: — POLÍMEROS PLÁSTICOS
— POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS
— POLÍMEROS ESPECIALES
4.1 — PLÁSTICOS:
La mayoría de los materiales poliméricos se clasifican como Plásticos. Se destacan por una
gran diversidad de sus propiedades, que principalmente dependen de:
• Tamaño (ó peso) Molecular • Forma y Configuración Estructural • Distintos grados de Cristalinidad • Composición Química
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Estas propiedades se obtienen según el Proceso de Polimerización y Sinterización y pueden
controlarse con el uso de aditivos
Según, principalmente, el comportamiento térmico de los Plásticos, éstos se sub clasifican
en:
— POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
— POLÍMEROS TERMOESTABLES
— TERMOPLÁSTICOS:
Las moléculas poliméricas se unen entre si por débiles enlaces secundarios, lo que los
hacen “Blandos” y “Dúctiles”
La principal característica de los Termoplásticos es que se “ablandan” por calentamiento, lo
que los hace “reciclables”
Según su uso, los termoplásticos se agrupan a su vez, como:
• — POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS DE USO GENERAL
• — POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS DE INGENIERÍA
La variedad de los polímeros termoplásticos es muy grande, destacándose en general por
su consumo los que mencionamos a continuación con indicación de sus propiedades
sobresalientes:
— TERMOPLÁSTICOS DE USO GENERAL:
Se destacan principalmente :
• Polietileno • Policloruro de vinilo (PVC) • Polipropileno • Poliestireno
POLIETILENO: Se obtiene por polimerización catalítica del etileno. Se destacan por:
• Alta tenacidad y resistencia química • Excelente aislante eléctrico • Baja absorción de la humedad • Baja rigidez • Baja resistencia a las radiaciones ultravioletas y a la intemperie • Bajo costo, debido a su fácil procesamiento
Según su proceso de polimerización pueden ser:
• De alta densidad (Estructura de cadena lineal) mayor grado de cristalinidad y mayor rigidez
• De baja densidad (estructura de cadena ramificada) Los de alta densidad se usan principalmente en :
• Moldeados por soplado: Tanques de gasolina de automóviles • Moldeados por inyección: Tarimas (Pallets); Partes de automotores; Artículos
domésticos • Moldeados por extrusión: Tuberías Son mas caros que los de baja densidad
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Los de baja densidad se usan principalmente: • Como películas: Empaquetado de alimentos • Extruídos: Aislantes para cables; Obturadores Conservan su dureza y flexibilidad hasta aprox. 50°C bajo cero
POLICLORURO DE VINILO (PVC):
Se obtienen por polimerización catalítica del cloruro de vinilo
Se destacan por alta resistencia química; Buena resistencia a la deflexión por calor y gran
facilidad para mezclarse con aditivos que permiten controlar sus propiedades
Se fabrican como:
PVC RIGIDO: En general de baja resistencia al impacto (aunque puede controlarse con
aditivos). Se usan en Carpintería y Tubería y accesorios para redes de distribución de agua
PVC FLEXIBILIZADO: (con aditivos plastificadores) Para indumentaria impermeable y aislaron
de cables
ESPUMA DE PVC : Se obtiene del PVC rígido, convirtiéndolo en espuma de baja densidad.
Para aislamientos acústicos; bajo alfombras, etc.
COPOLIMERO DE PVC: Con porcentajes del 10 al 15% de acetato de vinilo se aumenta la
flexibilidad y se mejoran las condiciones de procesado. Se usaban por ejemplo para discos
fonográficos
POLIPROPILENO: Se obtiene de la polimerización catalítica del propileno.
Sus principales propiedades son:
• Baja densidad • Excelente resistencia química • Buena resistencia al calor • Buena estabilidad dimensional
Moldeado por soplado se usa en Autopartes; Artículos domésticos; Botellas
Moldeados por extrusión en Tubería domiciliarias para agua caliente (estabilidad
dimensional hasta 120°C); En conformado de fibras para alfombras
POLIESTIRENO: Se obtiene por polimerización catalítica del estireno. Se destaca por:
• Excelente aislante térmico y eléctrico • Baja absorción de agua • Baja densidad • Baja resistencia química a los solventes • Quebradizo y de baja resistencia al impacto
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Se usa principalmente como aislante térmico en la construcción; Recubrimiento de
electrodomésticos; Conservadores térmicos de uso domestico; Dispositivos de flotación;
Como medio de empaque protector
— TERMOPLÁSTICOS DE INGENIERÍA:
En general, con respecto a los “termoplásticos de usos generales”, son de mayor resistencia
mecánica y al desgaste; De mejores propiedades eléctricas y térmicas; Mayor resistencia
química y a la corrosión. Los de mayor uso son:
• Fluorocarburos • Acrílicos • Poliamidas (nilones) • Policarbonatos • Poliacetales
FLUOROCARBUROS (ó Termoplásticos Fluorados):
Constituyen una familia de termoplásticos con uno o mas átomos de Flúor que permite una
combinación notable de propiedades entre las que se destacan:
• Alta resistencia a casi todos los agentes químicos • Resistencia a temperaturas elevadas • Coeficiente de fricción extremadamente bajo • Excelente dieléctrico Debido a la difícil síntesis del Flúor, son caros
Entre los de mayor uso se destaca el POLITETRAFLUORETILENO ( TEFLON), que se
caracteriza por resistencia a altas temperaturas (hasta 260°C); Muy bajo coeficiente de
fricción (el mas bajo de todos los polímeros); Elevada resistencia química. Propiedades
éstas que justifican su empleo en:
• Cojinetes no lubricados • Válvulas y partes de bombas en las que se requiere resistencia a agentes
químicos • Accesorios eléctricos sometidos a altas temperaturas • Juntas y sellos • Tuberías resistentes a agentes químicos • Aislamiento de cables a altas temperaturas
Los Termoplásticos fluorados no se ablandan como otros termoplásticos, por lo que se
procesan en polvos que se compactan para su sinterizado y conformado
ACRILICOS:
Familia de termoplásticos en que los grupos de Metilo y Metacrilato sustituyen alternativamente
a átomos de carbono en la cadena principal
Se destaca el POLIMETILMETACRILATO (PLEXIGLAS), cuyas principales propiedades
son:
• Elevada rigidez y dureza • Alta resistencia al impacto (mayor que la del vidrio)
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• Alta transparencia a la luz visible • Baja absorción de agua • Alta resistencia a la intemperie
Propiedades que lo hacen apto para:
• Acristalar aviones; Claraboyas; Embarcaciones • Lunetas y faros de automóviles • Pantallas de seguridad y gafas protectoras
En general sustituto del vidrio
POLIAMIDAS (NILONES)
Termoplásticos cristalinos procesados por fusión, que incorporan en la cadena principal,
repetidamente grupos de Amida (compuestos orgánicos obtenidos por deshidratación de sales
amoniacales)
Los Nilones son los principales componentes de esta familia, que se caracterizan por:
• Alta resistencia a los solventes • Buena resistencia a la abrasión y a la fricción superficial • Alta tenacidad y flexibilidad • Alta resistencia a la fatiga • Estructura altamente cristalina • Tendencia al escurrimiento plástico bajo carga
Moldeados se usan distintos componentes de maquinarias y automóviles, como ser:
Engranajes; Levas; Poleas; Rodillos; Hélices de embarcaciones: Piezas antifricción y
accesorios eléctricos aislantes
Extruídos, su principal empleo es en la manufactura de fibras
POLICARBONATOS:
Son polímeros amorfos y transparentes que se caracterizan por ser los termoplásticos mas
fuertes; Tenaces y rígidos. Sus principales propiedades son:
• Alta resistencia y Tenacidad • Alta estabilidad dimensional • Alta resistencia al impacto • Alta temperatura de deflexión térmica • Buena resistencia a la termofluencia • Buenas propiedades dieléctricas • Resistencia química a muchos productos químicos
Se usan principalmente en:
• Pantallas de seguridad • Acristalamientos irrompibles • Cascos de seguridad • Cubiertas de lamparas irrompibles • En piezas que requieran precisión dimensional (Levas; Engranajes, etc.)
POLIACETALES:
Otros de los polímeros que se caracterizan por ser de los mas fuertes.
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• Alta Tenacidad; Resistencia mecánica y a la fatiga • Alta resistencia química • Alta resistencia al flujo plástico • Alta estabilidad dimensional • Alta autolubricación
Se emplean como sustitutos de algunos materiales metálicos como el Cinc; Latón;
Aluminio; y en piezas estampadas de acero, fundamentalmente por su menor costo.
Principalmente en partes móviles de maquinarias y automóviles, como ser:
• Engranajes; Levas; Cojinetes • Impulsores de bombas y válvulas • Cinturones de seguridad y apoya brazos
— TERMOESTABLES:
Se caracterizan y distinguen de los Termoplásticos porque una vez endurecidos por
calentamiento y presión durante su conformado, no se ablandan aun cuando se los
continúen calentando , es decir, no son reciclables
Para su conformado se requiere un sub producto obtenido en condiciones especiales de
polimerización, en la que se obtienen polímeros de bajo peso molecular, solubles, fusibles y
altamente reactivos. La conformación final de las piezas termoestables se hace en una
segunda etapa de “curado” que se realiza mediante calentamiento y/o catálisis
Como estado final presentan una estructura entrecruzada con enlaces covalentes fuertes
que le confieren un estado rígido a altas y bajas temperaturas
En general los polímeros Termoestables se caracterizan por:
• Alta estabilidad dimensional (solo se degradan o queman a muy altas temperaturas
• Alta rigidez • Alta resistencia a la deformación bajo carga y a la termofluencia • Excelentes propiedades aislantes (térmicas y eléctricas)
Los termoestables de mayor uso son:
FENOLICOS:
De los plásticos termoestbles, los fenolicos fueron los primeros usados en la ingeniería con
el nombre de BAKELITA. Se continúan usando sobre todo por sus propiedades aislantes
térmicas y eléctricas
Son de fácil moldeo y se obtienen por “polimerización por condensación”, usualmente con
aditivos de rellenos
Se destacan por:
• Alta rigidez y resistencia mecánica • Elevada dureza • Altas propiedades aislantes térmicas y eléctricas • Notable resistencia química
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Se fabrican con distintos aditivos:
• Con aserrín ó fibra de vidrio se incrementa su resistencia al impacto • Con minerales como la mica, se incrementa la resistencia eléctrica • Con minerales arcillosos se incrementa la resistencia térmica
Se usan principalmente en.
• Interruptores y conectores eléctricos • Como aglutinante de la arena en moldes de fundición • En laminados de madera, por ser buenos adhesivos y resistentes al calor y la
humedad • Mangos de utensilios de cocina
RESINAS EPOXICAS:
Plásticos termoestables de bajo peso molecular. Líquidos a temperatura ambiente o algo
elevadas, En general presentan una resistencia mecánica, química, eléctrica y térmica
Se usan en:
• Recubrimientos protectores, por su gran adhesividad, resistencia mecánica y química
• Como material compuesto, con fibras de vidrio, se usan en la Industria aerospacial y en la fabricación de tanques y recipientes de presión
• En la industria electrónica y eléctrica, por su poder dieléctrico, adhesividad y baja contracción en el curado
POLIESTERES INSATURADOS:
Son polímeros con doble enlace de Carbono – Carbono, muy reactivos, que pueden ser
sometidos a cruzamiento para formar materiales termoestables
Son de baja densidad y susceptibles de mezclarse con gran cantidad de aditivos para el
control de sus propiedades
Como material compuesto, reforzado con fibras de vidrio presentan:
• Notable resistencia mecánica • Resistencia al impacto • Resistencia química • Gran rigidez
Y se usan principalmente en:
• Partes y carrocerías de automóviles y camiones • Tracto camiones (Trailers) • Cascos de embarcaciones • Tuberías, tanques y conductos donde se requiera resistencia a la corrosión
AMINO RESINAS:
Polímeros termoestables formados por reacción controlada del Formaldehído con varios
compuestos que contienen el grupo amino -NH2
Se caracterizan por su resistencia química, eléctrica y al rayado, y por su extrema dureza
Principalmente se usan en Tableros eléctricos, Interruptores; Recubrimientos decorativos y
como adhesivo en la unión de maderas
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4.2 — POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS:
Son polímeros que presentan una extraordinaria elasticidad, debido fundamentalmente a su
estructura molecular angulosa, similar a un alambre metálico con muchos dobleces que cuando es
traccionado experimenta grandes deformaciones elásticas sin romperse
Se destacan por su mayor consumo:
• CAUCHO NATURAL
• CAUCHO DE ESTIRENO – BUTADIENO
• CAUCHO DE NITRILO
• POLICLOROPRENO (NEOPRENO)
• CAUCHO DE SILICONAS
CAUCHO NATURAL (POLIISOPRENO) :
Polímero de larga cadena enredada y en espiral. Se extrae comercialmente del “látex” de
ciertas plantas existentes en zonas tropicales
El látex, que constituye la materia prima, es un liquido lechoso que mantiene en
suspensión pequeñas partículas de caucho
El caucho natural es blando, pegajoso y de baja resistencia, por lo que generalmente se lo
usa vulcanizado. La vulcanización consiste básicamente en una reacción química no
reversible que por lo general se realiza a altas temperaturas y consiste en el agregado de
átomos de azufre, que son los que favorecen una estructura entrecruzada
El caucho natural, en especial vulcanizado, tiene varias aplicaciones debido a sus
propiedades
• Flexibilidad • Resistencia al desgaste • Tenacidad • Baja permeabilidad a los fluidos
En la actualidad el caucho natural no puede competir con los elastómeros sintéticos que lo
superan en sus propiedades y son mas baratos
CAUCHO DE ESTIRENO – BUTADIENO:
Es el mas usado de los elastómeros sintéticos. Se trata de un copolimero de Estireno –
Butadieno de fácil vulcanización con azufre.
Se destaca por su buena resistencia a la abrasión y por poder experimentar elongaciones
de hasta un 500%
La principal desventaja es que absorben disolventes orgánicos como el aceite y la
gasolina, que lo hinchan
Se usan en tuberías, juntas y zapatería
CAUCHO DE NITRILO:
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Son copolímeros de Butadieno y Acrilonitrilo
La presencia del nitrilo proporciona
• Buena resistencia a los aceites y disolventes • Mejora la resistencia al calor y a la abrasión • Reduce la flexibilidad
Son caros, se usan en aplicaciones especiales como
• Mangueras y tubos para aceites, gasolina y otros reactivos químicos • Juntas herméticas y aros tóricos
POLICLOROPRENO (NEOPRENO):
La presencia del cloro provoca aumento de la resistencia al ataque del oxigeno, ozono, calor y
luz que favorece una mayor vida útil.
Tienen mala flexibilidad a bajas temperaturas. Se usan principalmente en:
• Recubrimiento de cables • Mangueras industriales • Diafragmas en automóviles • Correas y juntas • Recubrimiento interno de tanques para productos químicos
CAUCHO DE SILICONAS.
Se caracterizan por la presencia de átomos de Silicio y Oxigeno en la cadena polimérica, por
este motivo suelen considerarse como no orgánicos. Se destacan por:
• Excelente resistencia a altas y bajas temperaturas • Buena elongacion ( 600%) • Baja resistencia mecánica • Excelentes propiedades eléctricas
Se emplean como aislantes a bajas y altas temperaturas y en la fabricación de tubos para
usos médicos y en la industria alimentaria
En general, todos los elastómeros requieren para su uso como producto final, además del
vulcanizado, el agregado de aditivos, en especial Antioxidantes, de relleno y pigmentos
4.3 — POLÍMEROS ESPECIALES:
Se trata de polímeros conformados para fines específicos. Se agrupan como
• FIBRAS
• RECUBRIMIENTOS
• ADHESIVOS
• PELICULAS
• ESPUMAS
FIBRAS:
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Muchos polímeros se pueden hilar para ser usados en especial en la industria textil para el tejer
telas
Se conforman por trefilado, operación que permite obtener relaciones longitud:diametro de
hasta 100:1
Para ser usados como fibras, los polímeros deben reunir ciertas propiedades como ser
resistentes a la tracción, torsión, fatiga, corte y a la abrasión. Para esto se requieren cadenas
lineales no ramificadas, simétricas, unidades monoméricas repetidas periódicamente
Además para el lavado y mantenimiento de géneros se requiere de los polímeros fibrosos,
controlar las temperaturas de reblandecimiento y transición vítrea, la estabilidad química, y
además no ser inflamables y secar rápidamente
RECUBRIMIENTOS:
Asumiendo que la función de un recubrimiento sea:
• Proteger al material de ambientes corrosivos u otros ataques químicos que puedan producir su degradación
• Mejorar la apariencia • Proporcionar aislamiento térmico
Los polímeros orgánicos son los mas adecuados a estos fines. Se clasifican como:
Pinturas; Barnice; Lacas; y Goma – laca
ADHESIVOS:
Son substancia que se usan para unir dos materiales sólidos de manera que la unión sea
sobretodo resistente al corte
Las fuerzas enlazantes entre el adhesivo y las superficies adheridas son de naturaleza
electrolítica, similar a los enlaces secundarios entre las cadenas moleculares de los
polímeros termoplásticos
Si la resistencia del adhesivo es menor que la de los materiales adheridos, la unión puede
ser de gran resistencia si la capa del adhesivo es delgada y continua. En general, si la
unión esta bien hecha, lo usual es que se rompan antes los materiales adheridos que el
adhesivo
Se usan como adhesivos los termoplásticos; Resinas termoestables; compuestos
elastoméricos y los adhesivos naturales como la cola animal, caseína, almidón, etc.
Los polímeros adhesivos se usan para unir una gran variedad de materiales: metal – metal,
metal – plástico, metal – cerámica, etc.
El mayor inconveniente es la temperatura de trabajo. Los polímeros orgánicos mantienen
su integridad solo a temperaturas bajas, decreciendo rápidamente al crecer la temperatura
PELICULAS:
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Una gran variedad de polímeros se usan en forma de películas muy delgadas para empaquetar
alimentos y otros productos. Estos polímeros aparte de poder ser procesados en formas de
películas deben reunir las siguientes propiedades:
• Baja densidad • Alto grado de flexibilidad • Elevada resistencia a la tracción y a la torsión • Resistencia al ataque de la humedad y otros reactivos químicos • Baja permeabilidad a los gases, en especial al vapor de agua
ESPUMAS:
Materiales poliméricos que se caracterizan por ser muy porosos
Los termoplásticos y los termoestables se expanden por introducción de un agente que al
descomponerse produce gas. Las burbujas de gas permanecen como poros al enfriarse la
masa fluida, obteniéndose una estructura esponjosa
Los polímeros mas expandibles son el Polietileno; PVC; Polimetano y el Caucho
Se usan como aislantes térmicos y en embalajes.
5. — POLIMERIZACIÓN
El proceso de polimerización consiste en la unión de un gran número de moléculas sencillas
o monómeros para formar una larga “cadena molecular”, “macromolécula” o “molécula
polimérica” en la que las moléculas simple están enlazadas covalentemente.
La síntesis de las moléculas sencillas requiere de una substancia iniciadora (catalizador)
capaz de romper los enlaces de monómeros bifuncionales o trifuncionales iniciando así una
reacción en cadena que propicia la formación de las largas moléculas poliméricas
En la actualidad existen muchas técnicas sostificadas para controlar el proceso de
polimerización, sin embargo las dos técnicas “clásicas”, en que se basan las otras, son la
Polimerización por Adición y la Polimerización por condensación
5.1 — POLIMERIZACIÓN POR ADICION (ó Reacción en cadena):
Se consigue por simple repetición continua de un mismo monómero
La polimerización se logra siempre que el monómero tenga enlaces insaturados, por esta
razón no polimerizan derivados del petróleo como los hidrocarburos saturados ó parafinas.
El gráfico siguiente esquematiza el principio general de este tipo de polimerización
POLIMERIZACIÓN
CATALÍTICA
Molécula Sencilla ó Monómero Molécula Polimérica
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5.2 — POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN (ó Reacción por etapas):
Las moléculas poliméricas se forman por reacciones químicas intermoleculares entre
especies monoméricas distintas. De las reacciones químicas se produce un subproducto
de bajo peso molecular, como el agua, que se elimina. Mediante este proceso polimerizan
al mismo tiempo
substancias distintas, es decir se obtienen copolímeros
Para generar polímeros de alto peso molecular se necesitan tiempos mayores que la
polimerización por adición, porque se requieren tiempos suficientes para se complete la
conversión de los monómeros reactivos.
El gráfico siguiente esquematiza este proceso de polimerización por condensación:
Si bien variando los parámetros que intervienen en el proceso de polimerización se pueden
obtener distintas estructuras y configuraciones moleculares, y de ello distintas propiedades, a
menudo se requiere controlar, combinar o adicionar propiedades especificas al producto
polimérico, esto se logra con el agregado de aditivos, que se clasifican según la influencia que
ejercen en el polímero obtenido
Seguidamente se analizan los aditivos mas empleados.
5.3 — ADITIVOS:
• DE RELLENO
• PLASTIFICANTES
• ESTABILIZANTES
• COLORANTES
• IGNIFUGOS
ADITIVOS DE RELLENO:
Principalmente se usan como material de relleno: Arena; Arcilla; Vidrio; Caliza; Aserrín;
Polímeros sintéticos pulverizados
REACCIÓN QUIMICA
Y CATALÍTICA
Molécula Sencilla ó Monómero por lo gral. de distintas substancias
Molécula Polimérica
Sub producto que se elimina
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La finalidad de estos aditivos son:
• Mejorar las propiedades mecánicas • Mejorar la estabilidad dimensional • Mejorar la estabilidad térmica • Abaratar el producto
ADITIVOS PLASTIFICANTES:
Se usan para: Aumentar la Plasticidad (ó reducir la fragilidad)
Aumentar la flexibilidad y la tenacidad
Lo que se logra debido a que las moléculas del plastificante se intercalan entre las
moléculas poliméricas aumentando su separación y reduciendo las fuerzas de los enlaces
secundarios
Se usan compuestos orgánicos en forma de líquidos de alto peso molecular
Debe tenerse en cuenta que los plastificantes por lo general son compuestos volátiles que
tienden a evaporarse con el tiempo, es decir, proporcionan una determinada vida útil al
polímero, por esta razón se considera que los mejores plastificantes son aquellos menos
volátiles
ADITIVOS ESTABILIZANTES:
La finalidad es evitar la degradación del material, que puede producirse principalmente por
efectos de:
• La luz visible y ultravioleta (estas radiaciones son capaces de romper enlaces
covalentes)
• El oxigeno, que produce oxidación (corrosión oxida)
Para evitar la penetración de las radiaciones, visibles y ultravioletas, se emplea el “negro de
humo”, obtenido por combustión incompleta de algunos derivados del petróleo
Para retardar la oxidación se emplean los fenoles (derivados oxigenados del benceno)
ADITIVOS COLORANTES:
Se emplean para regular la transparencia o la opacidad, o para asignar un determinado
color especifico. En general se usan “tintas” que se disuelven en la estructura molecular
del polímero, ó pigmentos, que además actúan como material de relleno
ADITIVOS IGNIFUGOS (retardadores de llama) .
La mayoría de los polímeros son inflamables, excepto cuando contienen una elevada
proporción de cloruros y fluoruros, como el PVC ó el teflon
Estos aditivos por lo general son compuestos químicos de boro; fósforo; cloro; flúor, que
interfieren en el proceso de combustión incorporando una fase gaseosa o produciendo una
reacción química que enfría la región de combustión
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6. — CONFORMADO
En la conformación de los materiales poliméricos se distinguen:
• CONFORMADO DE LOS POLÍMEROS PLÁSTICOS
• PROCESADO DE LOS ELASTÓMEROS
• CONFORMADO DE FIBRAS
6.1 — CONFORMADO DE PLÁSTICOS:
Para el conformado de piezas o productos semi elaborados de materiales plásticos se
emplea una gran variedad de técnicas en las que predomina el conformado por “Moldeo”,
que básicamente consiste en calentar el subproducto o prepolímero bajo presión y obligarlo
a fluir dentro de un molde o a través de una boquilla con la forma deseada
Las variables del conformado dependen del tipo de plástico .
Para los Termoplásticos: El conformado se realiza en caliente, a temperatura mayor a la
de transición vítrea y bajo presión, que se mantiene durante la etapa de enfriamiento
necesaria para que la pieza adquiera estabilidad dimensional
Una gran ventaja del conformado de los termoplásticas es que las piezas defectuosas se
pueden volver a fundir y conformar (reciclado)
Para los Termoestables: Se parte de un prepolímero altamente reactivo cuya
polimerización debe ser completada durante una etapa llamada de “Curado”, que por lo
general se realiza en caliente, bajo presión con o sin adición de un catalizador
Durante el curado ocurren transformaciones químicas y estructurales a nivel molecular,
formándose estructuras entrecruzadas que le confieren gran estabilidad dimensional a la
pieza conformada, pudiendo por ello ser retiradas del molde aun en caliente.
Las técnicas básicas de conformado de Plásticos son:
Las mas empleadas:
• MOLDEO POR INYECCION
• MOLDEO POR EXTRUSIÓN
• MOLDEO POR SOPLADO
• MOLDEO POR COMPRESION
• MOLDEO POR TRASFERENCIA O TRASPASO
Otras: Colado o Fundición
• Moldeo en frío
• Termomoldeo
• Calandrado
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MOLDEO POR INYECCIÓN :
Se usan máquinas a pistón o de tornillo para inyectar la fundición
Las de tornillo son mejores porque se logra una fundición mas homogénea para inyectarla
en el molde. Esquemáticamente consisten en:
Secuencia del moldeo:
• El “Cilindro de Inyección” es alimentado con gránulos de material plástico a través de una tolva
de carga. En cada ciclo se introduce la cantidad apropiada de material
• El tornillo al girar arrastra los gránulos que funden por calor de las paredes del cilindro de
inyección calefaccionado, y por calor de compresión y calor de fricción
• El tornillo para de girar cuando la cámara de llenado esta completa
• Se abre un sistema de compuertas en el bebedero de colada y por un movimiento de pistón,
con el propio tornillo se inyecta a presión un chorro de plástico fundido en el molde de la pieza
• Si se trata de un termoplástico, se mantiene la presión durante un corto periodo de tiempo
para permitir la solidificación del plástico fundido en el molde de la pieza refrigerado. Se abre
el molde y se expulsa la pieza. Si se trata de termoestables, se usan temperaturas menores
en el cilindro de inyección y el curado se realiza en el molde bajo presión y en caliente según
el tipo de resina que se use
Con el moldeo por inyección se obtienen algunas ventajas respecto a otras formas de moldeo, por
ejemplo:
• Se obtiene una alta calidad del producto terminado • Altos niveles de producción • El sistema es automatizable y económico • Se obtienen buenas terminaciones superficiales • Se pueden conformar formas intrincadas
En contrapartida, se trata de maquinas caras, aunque son amortizables en producciones en serie
Usos clásicos del moldeo por inyección:
En termoplásticos:
Cilindro de inyección
Tolva de
alimentación
Cilindro o tornillo Bandas calefactoras
Molde
Pieza
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• Tableros de instrumentos para automóviles • Engranajes • Partes de aparatos domésticos
En termoestables:
• Cubiertas de herramientas y equipos eléctricos • Utensilios para hornos de microondas
MOLDEO POR EXTRUSIÓN
Se emplea para la fabricación de productos termoplásticos semi elaborados de secciones
transversales continuas, como ser: Tubos; Barra perfiladas; varillas; filamentos, etc.
La resina termoplástica es inyectada dentro de un cilindro calefacionado. Un tornillo giratorio
fuerza al plástico fundido a pasar por una o mas boquillas a las matrices especialmente
preparadas para la conformación de formas continuas.
Después de la extrusión la forma extrusionada es expuesta a un ciclo de enfriamiento para
que adquiera estabilidad dimensional, lo que se hace por sopladores de aire; Atomizadores
de agua o inmersión.
Molde
o por
extrusi
ón
MOLDEO POR SOPLADO
S
e
emplea para la producción económica de piezas termoplásticas huecas
Primero se extrusiona una preforma tubular que luego se encaja en un molde metálico
dividido
Se inyecta aire a presión en el tubo extrusionado caliente, obligándolo a adoptar la forma del
molde.
Después de enfriado el molde para que la pieza soplada adquiera estabilidad dimensional,
se abre el molde y se expulsa la pieza.
Bandas calefactoras
Tolva de alimentación
Tornillo
Boquilla
Pieza extrusionada
Cinta transportadora
Zona de fusión
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En el soplado de botellas se pueden obtener roscas muy precisas en el cuello
Para piezas de espesor grueso se usa nitrógeno liquido o dióxido de carbono para acelerar
el enfriamiento.
Moldeo por soplado
MOLDEO POR COMPRESIÓN
Se puede usar en termoplásticos y termoestables
En un molde caliente se coloca la cantidad apropiada del compuesto plástico, por lo general
en forma de polvo
Se cierra el molde a presión, el material es ablandado por calor formando una masa
continua que toma la forma del molde
Si se trata de un termoplástico, se enfría el molde y luego se extrae el producto endurecido
Si en cambio se trata de un termoestable, se endurece el material con mayor calentamiento
El método se emplea por lo general para piezas delgadas de menos de 1.5 mm de espesor,
lográndose buena uniformidad, poca contracción y buena estabilidad dimensional
Para cuando se conforman plásticos reforzados con fibras, este método resulta mas
adecuado que el de inyección y extrusión, porque se evita la rotura de las fibras
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Moldeo por compresión
MOLDEO POR TRANSFERENCIA (o traspaso)
Se emplea para termoestables y para cuando se quiera obtener simultáneamente varias
piezas de forma intrincada
El material plástico es almacenada temporalmente en una cámara auxiliar, “cámara de
transferencia” bajo presión
Desde la cámara de transferencia, el material plástico en obligado por un embolo a pasar a
través de un orificio a un molde cerrado, en donde fluye por distintas cavidades previstas en
el mismo molde
Moldeo por transferencia
COLADO O FUNDICIÓN :
El material plástico en estado líquido se introduce en el molde con la configuración
geométrica deseada
El molde puede ser flexible (de caucho) o no flexible (metálico o de yeso)
preforma
molde
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Se emplea usualmente para el conformado o fundido de piezas termoestables a partir de
resinas fenólicas; Epoxicas y poliesteres
MOLDEO EN FRIO :
Para termoestables.
El material se coloca en el molde a temperatura ambiente
Se cierra el molde bajo presión
Se abre el molde, se saca la pieza y se lleva a un horno donde se calienta hasta que
endurezca (“Fraguado térmico”)
TERMOFORMADO:
El material termoplástico en forma de laminas se calienta hasta que adquiera condición
plástica y se estira sobre un molde de contorno para que tome su forma y se enfría
También se suelen usar rodillos para que la lamina tome la forma deseada
CALANDRADO:
Símil al laminado de materiales metálicos (Rodillos huecos = “calandrias”)
El material termoplástico se pasa a través de una serie de rodillos calientes para producir
laminas de espesor uniforme
El espesor se controla por la separación de los rodillos
Después del paso por los rodillos finales, se enfría para que solidifique el material, que luego
se bobina en grande rollos
6.2 — PROCESADO DE LOS ELASTÓMEROS:
Los elastómeros sintéticos comienzan a producirse industrialmente cuando se descubre que
el Butadieno y el Estireno, obtenidos como derivados del petróleo, poseen propiedades
afines a las del Isopreno, unidad molecular fundamental del caucho natural
La materia prima del caucho natural es un liquido lechoso llamado látex, que se extrae de
ciertas plantas y arboles cultivados en países tropicales
El látex mantiene en suspensión partículas muy pequeñas de caucho (en suspensión, es
decir que no se disuelven en el liquido que las contiene)
Al látex natural se lo diluye hasta aproximadamente un 15% de contenido de caucho y se lo
coagula (proceso de solidificación del liquido) con un compuesto orgánico como el ácido
fórmico
El material coagulado es comprimido entre rodillos para eliminar el agua, obteniéndose un
semi producto laminado.
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Las laminas se secan con aire caliente o con el calor del humo de un fuego (laminas de
caucho ahumado)
Las laminas secadas se vuelven a comprimir entre rodillos pesados, de forma que por
acción mecánica se rompan las largas cadenas moleculares del polímero, con lo que se
regula el peso molecular medio.
El material así obtenido es blando y pegajoso, de baja resistencia mecánica y a la abrasión,
propiedades estas que pueden ser mejoradas mediante un proceso que se conoce como de
vulcanización.
VULCANIZACIÓN:
La vulcanización es un proceso químico irreversible, que por lo general, se lleva a cabo a altas
temperaturas. En la mayoría de los procesos de vulcanización se añade azufre al elastómero en
caliente (100 a 200° C). Los átomos de azufre unen cadenas vecinas formando una estructura
entrecruzada
Los cauchos mas usados se obtienen mezclando de 1 a 5 partes de azufre en 100 partes
de caucho. En proporción a la cantidad de azufre se aumenta la dureza del caucho y se
reduce su elasticidad. A modo ilustrativo, con un 45% de azufre se obtiene una caucho
duro, totalmente rígido
La reacción del azufre en el caucho es lenta, por lo se suelen usar aceleradores químicos
para reducir el tiempo de curado
También es común el uso de aditivos plastificantes y antioxidantes durante el procesado de
los elastómeros
6.3 — CONFORMADO DE FIBRAS:
El proceso de conversión del material polimérico en fibras es conocido como “Hilado”.
El material polimérico en bruto es calentado hasta formar un liquido relativamente viscoso, el
que forzado, mediante bombeo, es obligado a pasar a través de un placa llamada “hilera” en
la que se disponen un gran número de pequeños orificios. El material fundido que pasa a
través de los orificios forma fibras simples que solidifican casi inmediatamente en contacto
con el aire.
Regulando la velocidad de enfriamiento durante el hilado se controla la cristalinidad de las
fibras
La resistencia mecánica de la fibra es aumentada mediante un proceso de acabado por
trefilado, que consiste simplemente en el alargamiento de las fibras según su eje.
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7. — PRINCIPALES MATERIALES POLIMÉRICOS
7.1 — CLASIFICACIÓN:
1) POLÍMEROS PLÁSTICOS:
1.1 - TERMOPLÁSTICOS - INDUSTRIALES: (de uso general)
- POLIETILENO
- POLIPROPILENO
- POLIESTIRENO
- COPOLÍMERO DE ESTIRENO Y ACRILONITRILO
- POLIESTIRENO RESISTENTES AL IMPACTO
- TERPOLÍMERO DE
ACRILONITRILO,BUTADIENO,ESTIRENO
- POLICLORURO DE VINILO
- POLIMETILMETACRILATO
- POLIETILENTEREFTALATO
- DE INGENIERÍA:
- POLIÉSTERES TERMOPLÁSTICOS
- POLIAMIDAS
- POLIACETALES
- SULFURO DE POLIFENILENO
- POLICARBONATOS
- POLISULFONA
- POLIIMIDAS
- TERMOPLÁSTICOS FLUORADOS:
(FLUOROPLÁSTICOS)
- POLITETRAFLUOROETILENO
- POLICLOROTRIFLUOROETILENO
- ETILENPROPILENO FLUORADO
- POLIFLUORURO DE VINILIDENO
- POLIETILEN-TRIFLUOROETILENO
- POLIETILEN-CLOROTRIFLUOROETILENO
- POLIFLUORURO DE VINILO
1.2 - TERMOESTABLES - RESINAS FENÓLICAS
- RESINAS EPÓXICAS
- POLIÉSTERES NO SATURADOS
- RESINAS ALQUÍDICAS
- DIALIFTALATO
- AMINORRESINAS
2) POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS - NATURALES:
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- POLIISOPRENO
- SINTÉTICOS:
- ESTIRENO-BUTADIENO
- DE NITRILO-BUTADIENO
- CLOROPRENO
- DE BUTADIENO
- DE ISOPRENO
- DE ISOBUTILENO-ISOPRENO
- COPOLÍMERO DE ETILENO-PROPILENO
- TERPOLÍMERO DE ETILENO-PROPILENO-DIENO
- DE POLISULFURO
- DE SILICONAS
- FLUOROELASTÓMEROS
- ACRÍLICO
- EPICLOROHIDRINA
- CLOROSULFONADOS
- POLIETILENO CLORADO
- ETILEN-ACRÍLICO
- OXIDO DE PROPILENO
3) POLÍMEROS ESPECIALES - FIBRAS
- RECUBRIMIENTOS
- PELÍCULAS
- ADHESIVOS
- ESPUMAS
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7.2 — PRINCIPALES PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS POLÍMEROS MAS
USADOS
POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
TERMOPLÁSTICOS
POLIETILENO
(PE)
De Alta Densidad
y
De Baja densidad
Rcia. química - Aislante eléctrico
Bajo coeficiente de fricción
Baja rcia. mecánica
Poca rcia. a la degradación ambiental
Tenaces a temp. ambiente y bajas
Buena flexibilidad
Poca transmisión del vapor de agua
Los de alta densidad: Mayor rcia. térmica,
mayor rigidez y mayor rcia. a la
permeabilidad
Los de baja densidad:
Extrusionados como aislantes de
conductores eléctricos y obturadores
En películas p/empaquetado de alimentos
Los de alta densidad:
Moldeados por soplado p/recipientes de
combustibles, botellas, garrafas
Moldeados por inyección, tarimas para
transporte de materiales (pallets); Partes de
automóviles; Utensilios domésticos
Extrusionados, como tubos
POLIPROPILENO
(PP)
Rcia. a la distorsión térmica
Excelente rcia. química (inerte)
Baja absorción de agua
Baja densidad
Baja rigidez
Moldeados por soplado para botellas
esterilizables, partes de automóviles,
utensilios domésticos, juguetería, maletas y
electrodomésticos
Extruidos como fibras p/alfombras
POLIESTIRENO
(PS)
Aislante eléctrico
Baja rcia. al impacto (quebradizo)
Muy baja rcia. a los solventes
Excelente absorción de energía
Transparencia y claridad
Como tableros y en forma de espuma para
aislamientos térmicos
Dispositivos de flotación
Manufactura de juguetes
COPOLÍMERO DE
ESTIRENO Y ACRI-
LONITRILO
(SAN)
En relación al poliestireno: mejor rcia.
química, mayor tenacidad, mayor rcia.
mecánica
Como soporte de espejos y cristales de
seguridad y similares usos del poliestireno
POLIESTIRENO
RESISTENTES AL
IMPACTO
Por copolimerización del estireno con el
butadieno se reduce la fragilidad del
poliestireno, pero se disminuye la rigidez
Baja resistencia a la degradación ambiental
En cubiertas de electrodomésticos como
radios, televisores, etc.
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
TERPOLÍMERO DE
ACRILONITRILO,
BUTADIENO, ESTI-
RENO (ABS)
En comparación con el poliestireno: Buena
resistencia al impacto, mayor resistencia
química. Opaco
Partes de automóviles, teléfonos, cubiertas
de maquinas de oficina, protección de
instalaciones eléctricas
POLICLORURO DE
VINILO
(PVC)
Rcia. a la llama
Rcia. eléctrica, rcia. química,
Rígido, pero se pueden flexibilizar con
aditivos plastificantes
Como PVC rígido: Tuberías y accesorios
para usos hidráulicos y sanitarios, marcos de
puertas y ventanas, tableros para dibujo,
recubrimiento de pisos
Como PVC flexibilizado: Aislación de cables,
indumentaria impermeable, tapicería,
mangueras, tuberías traslucidas, zapatos,
manteles
PLIMETILMETA-
CRILATO
(PMMA)
(plexiglas)
Polímero amorfo, rígido y fuerte
Excelente rcia. a la degradación ambiental,
rcia. eléctrica, baja absorción de agua,
transparencia a la luz visible
Como sustituto del vidrio
En ventanas de aviones, tragaluces,
difusores de luz, letreros de señalamientos
exteriores POLIETILENTEREF
TALATO
(PET)
Cristalino, alta rcia., alto punto de fusión, rcia.
a la humedad y a los solventes,
En forma de fibras para telas de planchado
permanente (wash and wear), en elementos
eléctricos como capacitores, cintas
magnéticas para grabación
POLIÉSTERES
TERMOPLÁSTICOS
(PBT)
Baja absorción de la humedad,
autolubricación, rcia. a la fatiga, rcia. a los
solventes.
Estabilidad de las propiedades mecánicas a
altas temperaturas
Engranajes, rodillos, cojinetes, cubiertas para
bombas, impulsores, poleas, dispositivos
eléctricos y electrónicos
POLIAMIDAS
(NILONES)
Alta rcia. a los solventes, tenacidad y rcia. a
la fatiga y a la abrasión
Baja rcia. al escurrimiento plástico
Absorbentes de agua y otros líquidos
Manufactura de fibras
Conformados por moldeo: engranajes, levas,
poleas, rodillos, hélices de embarcaciones,
recubrimiento para aislaciones eléctricas
POLIACETALES
Cristalinos, alta rcia. mecánica, a la fatiga, al
flujo en frío, a los solventes
Tenaces, autolubricación
Tendencia a despolimerizarse térmicamente
(no aceptan tratamiento antillama)
Engranajes, cojinetes, bujes, descansa
brazos en automóviles
Accesorios de instalaciones sanitarias,
válvulas, bombas, grifos
SULFURO DE
POLIFENILENO
Cristalino, Alta rcia. térmica y química,
rigidez, bajo coeficiente de fricción, buena
rcia. a la abrasión,
Como resinas reforzadas, en aplicaciones
aeroespaciales, componentes de bombas,
accesorios eléctricos y electrónicos
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
POLICARBONATO
S
Amorfos y transparentes, fuertes, tenaces y
rígidos
Rcia. al flujo plástico, excelente aislante
eléctrico. Baja absorción del agua
Pantallas de seguridad, ventanas irrompibles,
cascos de seguridad, globos para alumbrado
exterior
POLISULFONA
Resina amorfa, transparente
Excelente rcia. termo-oxidativa, rcia. al flujo
plástico
Implementos para hornos de microondas, en
cafeteras eléctricas, componentes eléctricos
y electrónicos
POLIIMIDAS
Excelente rcia. a la llama, alta rigidez y rcia.
mecánica, rcia. al desgaste, estabilidad
dimensional,
Engranajes, bujes, cojinetes, aisladores,
componentes de hornos de microondas,
componentes eléctricos (conectores),
componentes electrónicos (circuitos
impresos) POLITETRAFLUO-
ROETILENO
(PTFE)
(Teflón)
Cristalino. Elevada rcia. mecánica a alta
temperatura (hasta 250°C), alta rcia. química,
el mas bajo coeficiente de fricción de los
termoplásticos
Rcia. al desgaste
Cojinetes no lubricados, partes de bombas
resistentes a agente químicos, juntas, sellos
y empaquetaduras, componentes eléctricos
expuestos a altas temperaturas
POLICLOROTRI-
FLUOROETILENO
(CTFE)
Propiedades similares al PTFE, de menor
grado de cristalinidad, mas rígido y mayor
rcia. mecánica, rcia. química y térmica hasta
200°C
El moldeo y extruido se hace por técnicas
convencionales.
Formas p/bobinas eléctricas, tuberías y
partes de bombas, recubrimientos
anticorrosivos, aislamientos eléctricos,
camisas para cables
ETILENPROPILEN
O FLUORADO
En comparación al PTFE, menor
cristalinidad, punto de fusión mas bajo,
mayor rcia. al impacto,.
Elementos eléctricos, zócalos p/tubos,
conectores de alta frecuencia, bobinas,
empaquetaduras, aislamiento de conductores
POLIFLUORURO
DE VINILIDENO
Alta rcia. a la tracción, menor rcia. química y
térmica que otros fluoropolímeros
Juntas, diafragmas, tuberías y aislamientos
POLIETILEN-TRI-
FLUOROETILENO
(ETFE)
Buena rcia. térmica y química.
Procesamiento por técnicas convencionales
Instrumental de laboratorio, conectores
eléctricos y bobinas
POLIETILEN-CLO-
ROTRIFLUOROETI-
LENO
(ECTFE)
Elevada rcia. a los agentes químicos y al
impacto. Técnicas de procesamiento
ordinarias
Revestimientos resistentes a la acción de
agentes químicos, instrumental de laboratorio
Por moldeado para empaque de productos
químicos
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
POLIFLUORURO
DE VINILO
Excelente rcia. ambiental
En piezas vitrificadas, aparatos de
iluminación, paneles pretexturizados para
exteriores
TERMOESTABLES
RESINAS
FENÓLICAS
Se conforman con rellenos fibrosos,
formando enlaces cruzados
Elevada dureza, rigidez, rcia. mecánica,
térmica y química
En automóviles: cubierta de distribuidores,
rotores, forros p/frenos. Mangos de
utensilios domésticos. Componentes
eléctricos: conectores, interruptores,
conmutadores, disyuntores. Adhesivo para
laminados
RESINAS
EPÓXICAS
Bajo peso molecular, líquidos a temperatura
ambiente o no muy elevadas. Buena rcia.
mecánica, térmica, eléctrica y química a
varias sustancias. Buena dureza
Reforzadas con lana de vidrio se obtienen
altas resistencia. En la industria aeroespacial.
En tanques tubos y recipientes de presión.
Componentes eléctricos y electrónicos.
Recubrimientos protectores de equipos
industriales y pisos. Selladores
POLIÉSTERES
NO SATURADOS
Combinados con materiales de refuerzo,
como las fibras de vidrio, alta rcia. mecánica,
gran rigidez, elevada relación peso/rcia., rcia.
al impacto, rcia. química
Partes y carrocería de automóviles,
camiones, colectivos aviones y
tractocamiones (trailers). Cascos de
embarcaciones pequeñas y medianas. En la
construcción, componentes de baños.
Componentes eléctricos y electrónicos
RESINAS
ALQUÍDICAS
Excelente rcia. térmica, estabilidad
dimensional a altas temperaturas, excelente
rcia. dieléctrica, y al arco eléctrico
Lacas p/automóviles, aceites de secado en
pinturas de esmalte, aislamiento en
interruptores eléctricos, encapsulado de
capacitores, formas para bobinas
DIALIFTALATO
(DPA)
Alta estabilidad dimensional, alta rcia. de
aislamiento, alta rcia. dieléctrica, excelente
rcia. al arco eléctrico, alta rcia. química
Conectores eléctricos, bases y cubiertas,
partes electrónicas. Como material de
recubrimiento y de impregnación AMINORRESINAS
Elevada dureza, rcia. al rayado, rcia. eléctrica
y química
Tableros eléctricos, interruptores, armaduras
de inducidos. Vajillas coloreadas, laminados
decorativos en muebles. Adhesivos y
recubrimientos
ELASTÓMEROS
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
POLIISOPRENO
(CAUCHO NATU-
RAL, HULE)
(NR)
Excelente propiedades físicas - muy flexible
Buena resistencia al corte y a la abrasión.
Baja resistencia al calor, aceites y
combustibles, sensible a la oxidación.
Buenas propiedades eléctricas. Elongación
500 / 700 %
Intervalo útil de temperatura -50 a 80 °C
Neumáticos p/coches
Tubos y juntas
Suelas y tacos p/zapatos
ESTIRENO-BUTA-
DIENO
(Copolímero)
(SBR)
Buenas propiedades físicas. Baja resiliencia.
Limitada flexibilidad a bajas temperaturas
Excelente resistencia a la abrasión.
Regulares propiedades eléctricas.
Elongación 450/500 %
Intervalo útil de temperatura -50 a 100°C
Como el caucho natural
DE NITRILO-
-BUTADIENO
(copolímero)
(NBR)
Excelente resistencia a todos los aceites,
combustibles y solventes. Buena rcia. a la
abrasión
Malas propiedades a bajas temperaturas.
Regulares propiedades eléctricas. Poca
flexibilidad a bajas temperaturas. Elongación
400/600 %
Intervalo útil de temperatura -50 a 100°C
Mangueras p/aceites, gasolina y reactivos
químicos. Juntas herméticas y aros tóricos
CLOROPRENO
(CR)
Excelente resistencia al calor y a la llama
Buena resistencia al aceite y combustibles.
Buena rcia. al oxígeno, ozono, calor y luz
Buenas propiedades eléctricas.
Elongación 100/800 %
Intervalo útil de temperatura -50 a 105 °C
Alambres y cables
Recubrimiento interno de tanques p/pro-
ductos químicos
Correas, mangueras y juntas
DE BUTADIENO
(BR)
Muy flexible y resistente al desgaste abrasivo
Sensible a la oxidación. Baja rcia. a los
combustibles y aceites
Temperatura de servicio: -100 a 90°C
DE ISOPRENO
(IR)
Similar al caucho de butadieno pero menos
elástico
Temperatura de servicio: -50 a 80°C
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
DE ISOBUTILENO-
ISOPRENO
(CAUCHO BUTIL)
(IIR)
Alta flexibilidad, baja permeabilidad al aire
Temperatura de servicio: -45 a 150°C
COPOLÍMERO DE
ETILENO-
PROPILENO
(EPM)
Resistencia al ozono. Estabilidad ambiental
Baja rcia. a los hidrocarburos y aceites
TERPOLÍMERO DE
ETILENO-
PROPILENO-
DIENO
(EPDM)
Rcia. al ozono. Estabilidad ambiental
Baja rcia. a los hidrocarburos y aceites
Temperatura de servicio: -50 a 175°C
DE POLISULFURO
(T)
Rcia. química, al ozono y a la intemperie
Baja resiliencia, escurrimiento plástico
Intervalo temperatura de servicio: -45 a
120°C
DE SILICONAS
(MQ)
Rcia. al ozono, luz solar, envejecimiento.
Alta permeabilidad a los gases. Amplio
intervalo de temperatura de servicio: -100 a
300°C
Por moldeo y extrusionado: material
biomédico, adhesivo, sellos
FLUOROESLATÓ-
MEROS
(CFM)
Resistente al calor y a los agentes químicos
Temperatura de servicio: -40 a 200°C
Recubrimiento resistentes a la corrosión,
sellos y anillos tóricos
ACRÍLICO
(AR)
Resistente al ozono, oxígeno, aceites y luz
solar
Temperatura de servicio: -40 a 200°C
Mangueras y sellos
EPICLOROHIDRIN
A
(ECO)
Resistente al aceites y combustibles
Cierta resistencia a llama.. Baja
permeabilidad a los gases. Temp. servicio: -
18 a 150°C
Aisladores de vibración, tuberías especiales,
mangueras, tejidos recubiertos
CLOROSULFONA-
DOS
(CSM)
Resistencia a los agentes químicos
oxidantes, aceites, ozono, a la intemperie
Rango temperatura de servicio: -40 a 150°C
Mangueras para automóviles y cables,
recubrimientos
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POLÍMERO
(Designación ASTM)
PROPIEDADES SOBRESALIENTES
PRINCIPALES USOS
POLIETILENO
CLORADO
(CM)
Resistente a los aceites, ozono y agentes
químicos
Como modificador de impacto en automóviles
ETILEN-ACRÍLICO
Resistente al ozono y a la intemperie
Rango temperatura de servicio: -40 a 175°C
Amortiguamiento de vibración, aislamiento y
sellos
OXIDO DE PROPI-
LENO
Buenas propiedades en general, a bajas
temperaturas. Temperatura de servicio: -60 a
150°C
Suspensión o montaje de motores
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