Estructura de los

Alberto Rossa Sierra, Dr. Ing.Francisco J. González Madariaga, Dr. Ing.

MaterialesTecnología de Materiales

Estructura?

Estructura

Propiedades

Desempeño

Procesamiento

Caracterización

¿Qué propiedades mecánicas, físicas y químicas presenta este plástico?

¿Qué aplicaciones puede tener este plástico?

¿Con qué tipos de procesos productivos puedo transformar este plástico?

¿Qué tipos de enlaces presentan lasmicro y macro estructuras de este plástico?

Composición

Procesamiento

Microestructura

Propiedades-funcionamientoDesempeño y costo

Niveles para el análisis de la estructura de los

materiales

Nivel Nombre Expresión matemática

1 Macroestructura >1 x 10 -3mm (> 0.001 mm)

2 Microestructura (0.000 001 – 0.001 mm )

3 Nanoestructura 1 x 10-9 M (0.000 0001 – 0.00001 mm)

4 Arreglos atómicos (0.000 000 01 - 000001 mm)

5 Estructura atómica ( - 0.00000001 mm )

Niveles para el análisis de la estructura de los materiales

Macroestructura

Microestructura

Arreglo atómico

El ojo normal ve los cristales de NaCl como

sólidos claros.

A la orilla de una red cristalina se le llama borde

de grano.Estos bordes son visibles con microscopios (ópticos

y electrónicos)

Múltiples moléculas de NaCl enlzadas para

formar una red cristalina cúbica de cara centrada

Niveles de orden

Redes cristalinas

Cúbica sencilla Cúbica centradaen el cuerpo

Cúbica de carascentradas

Tetragonal sencilla

Tetragonal centradaen el cuerpo

Ortorrómbicasencilla

Ortorrómbicacentrada en la base

Ortorrómbicacentrada en el cuerpo

Ortorrómbicade caras centradas Hexágonal

Monoclínicasencilla

Monoclínicacentrada en la base

Triclínica Romboédrica

Molécula

Molécula de Nylon 6

- CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - C - N -][O H= _

n

CH

CH

HCH

CH

HC C

HCH

HH

H

HH HHC CH

H

H

HC CH

H

HH Hn · =̂

Ethylene Polyethylene (HDPE)n

C

H

Polimerización1 monómero 2 polímero (cadenas macromoleculares)

METHANEGASCH4

H

H

H

H

C

PENTANELIQUIDC5H12

POLYETHYLENESOLIDC100H202

Incremento del peso molecular

64 Chapter 4 Stiffness and weight: density and elastic moduli

– C – C – C – C – C – C – C – C –H

–

H

–

H–

H

–H

–

H

–

H

–H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

– C – C – C – C – C – C – C – C –F F F

–

F

–

–

F

–

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

F

–

– C – C – C – C – C – C – C – C –H

–

H

–

H

–

Cl

–

H

–

H

–

Cl

–

H

–

H

–

H

–

H

–

Cl

–

H

–

H

–

Cl

–

H

–

CH3CH3

– C – C – C – C – C – C – C – C –H

–

H

–

H

–

H–

H

– –

H

––

C6H5

– C – C – C – C – C – C – C – C –H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

–

H

––

–H

–

H

–

H

––

–

C6H5

C6H5

CH3 CH3H

–

H

–

H

–

H

– –H

–H

––

C6H5

Polyethylene, PE

Polypropylene, PP

Polystyrene, PS

Polyvinyl chloride, PVC

Polytetrafluoroethylene, PTFE

Figure 4.16 Five common polymers, showing the chemical make-up. The strongcarbon–carbon bonds are shown in red.

Strong covalent bond

Weak hydrogenbond

Strong covalent bond

Strong covalentcross-link

(b)

(a)

Figure 4.17 (a) Polymer chains have strong covalent ‘backbones’, but bond to each otheronly with weak hydrogen bonds unless they become cross-linked. (b) Cross-linksbond the chains tightly together. The strong carbon–carbon bonds are shown assolid red lines.

Ch04-H8391 1/17/07 10:46 AM Page 64

– A A B A B B B A B B A A A B – Random copolymer

– A A A A A A A B B B A A A B B B B B – Block or sequence copolymer

– A A A A A A A A A A A A A – Graft copolymerB B BB B BB B B

B BBB

Morfología

Side groups

Chainbranching

Crystallineregion

Amorphousregion

PP de baja densidad mostrando las regiones amorfas y las cristalinas

PE de alta densidad mostrando las regiones amorfas y las cristalinas

Región amorfa

RegióncristalinaGrupos

laterales

Ramificaciónde cadena

Esquema de un polímeroamorfo-linear, mostrandolos enlaces principales y losenlaces secundarios.

Estructura semi-cristalina

Estructura amorfa

Enlaces fuertes

Enlaces débiles (Van der Waals)

Comparación entre las estructuras de un termoplástico y un termoestable

Arquitectura de la estructura cristalina del PE

Estructuras semicristalinas

(b) (c)

Bandas decizalladura

emblanquecimiento

rotura

Estructura

Propiedades

Estructura

Propiedades

Propiedades de los materiales

FísicasSe manifiestan en procesos físicos. Se dividen en eléctricas, magnéticas, térmicas y ópticas.QuímicasSe manifiestan durante una reacción química que afecta al material.TecnológicasComportamiento del material durante los procesos de transformación

MecánicasSon aquellas relacionadas con la reacción del material en el momento en que le es aplicada una fuerza

ABS allows detailed moldings, accepts color well, and is nontoxic and tough .

Ecoproperties: material Annual world production *5.6 ! 106 – 5.7 ! 106 tonne/yr Reserves *1.48 ! 108 – 1.5 ! 108 tonne Embodied energy, primary production *91 – 102 MJ/kg CO 2 footprint, primary production *3.3 – 3.6 kg/kg Water usage *108 – 324 l/kg Eco-indicator 380 – 420 millipoints/kg

Ecoproperties: processing Polymer molding energy *10 – 12 MJ/kg Polymer molding CO 2 footprint *0.8 – 0.96 kg/kg Polymer extrusion energy *3.2 – 4.6 MJ/kg Polymer extrusion CO 2 footprint *0.31 – 0.37 kg/kg

Recycling Embodied energy, recycling *38 – 43 MJ/kg CO 2 footprint, recycling *1.39 – 1.5 kg/kg Recycle fraction in current supply 0.5 – 1 % Recycle mark

7Other

Typical uses. Safety helmets; camper tops; automotive instrument panels and other interior components; pipe fi ttings; home-security devices and hous-ings for small appliances; communications equipment; business machines; plumbing hardware; automobile grilles; wheel covers; mirror housings; refrig-erator liners; luggage shells; tote trays; mower shrouds; boat hulls; large com-ponents for recreational vehicles; weather seals; glass beading; refrigerator breaker strips; conduit; pipe for drain-waste-vent (DWV) systems.

Polymers 295

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

The material. Acrylonitrile butadiene styrene, or ABS, is tough, resilient, and easily molded. It is usually opaque, although some grades can now be transparent, and it can be given vivid colors. ABS-PVC alloys are tougher than standard ABS and, in self-extinguishing grades, are used for the cas-ings of power tools.

Composition (CH 2 —CH— C 6 H 4 ) n

General properties Density 1010 – 1210 kg/m 3

Price 2.3 – 2.6 USD/kg

Mechanical properties Young’s modulus 1.1 – 2.9 GPa Yield strength (elastic limit) 18.5 – 51 MPa Tensile strength 27.6 – 55.2 MPa Elongation 1.5 – 100 % Hardness—Vickers 5.6 – 15.3 HV Fatigue strength at 10 7 cycles 11 – 22.1 MPa Fracture toughness 1.19 – 4.29 MPa.m 1/2

Thermal properties Glass temperature 88 – 128 °C Maximum service temperature 62 – 77 °C Thermal conductor or insulator? Good insulator Thermal conductivity 0.188 – 0.335 W/m.K Specifi c heat capacity 1390 – 1920 J/kg.K Thermal expansion coeffi cient 84.6 – 234 µ strain/ °C

Electrical properties Electrical conductor or insulator? Good insulator Electrical resistivity 3.3 ! 1021 – 3 ! 1022 µ ohm.cm Dielectric constant 2.8 – 3.2 Dissipation factor 0.003 – 0.007 Dielectric strength 13.8 – 21.7 106 V/m

CHAPTER 12: Material profiles294

ABSacrilonitrilo-butadieno-estireno

Caracterización de los materiales

Fin