Ingeniera de Los Materiales Plasticos Tema 1

Polímeros y plásticos

Dr. Omar A. Jiménez

Familias de materiales

• Existen 3 familias

Cerámicos

MetálicosPolímeros

Ingeniería del plástico Tema 1

Compuestos

Polímeros• Materiales con amplio y creciente uso• Fácilmente conformables• Conformado por macromoléculas basadas en unidades

estructurales repetitivas


Polímeros• Estos materiales están compuestos principalmente de: C,

Si, F, O, H, N • Tienen por lo regular una baja densidad, similar a la del

agua• Sus propiedades mecánicas son relativamente bajas• Sus principales ventajas son su relación propiedad-

densidad (propiedades específicas) y su facilidad de conformado

• Regularmente estables a bajas temperaturas• Temperaturas de fusión bajas• Ejemplos: Polietileno, Celulosa, Nylon, Policarbonato,

Acrilicos, Unicel


Diferencia entre polímero y plástico

• Los polímeros refieren a los materiales obtenidos de un proceso de polimerización.

• Los plásticos normalmente los referimos a los materiales que serán procesados para obtener una pieza. Estos materiales contienen polímeros, aditivos, cargas y refuerzos


Familias de plásticos


El plástico en el mundo


Uso de los diversos hules comerciales en los Estados Unidos



Principales países en la industria del plástico en el año 2000. unidades en miles de millones de dólares

El plástico en México

• Consumo de plásticos en México en 1999: 32 Kg por habitante /año,

• Consumo reducido en comparación de nuestros principales socios comerciales: EUA:150 Kg; Canadá: 160Kg; Unión Europea:140 Kg


El plástico en México • Mercado de consumo en ascenso


• Representa el 3.5 del PIB con 11,380 Millones de USD generados

• Déficit en el sector

Estructura de la industria en México


TransformacióTransformaciónn

de Plásticosde Plásticos

TransformacióTransformaciónn

de Plásticosde Plásticos

Maquinaria, Maquinaria, Equipo y Equipo y

HerramentalHerramental

Maquinaria, Maquinaria, Equipo y Equipo y

HerramentalHerramental

ProveedoresProveedoresde Resinas y de Resinas y

AditivosAditivos

ProveedoresProveedoresde Resinas y de Resinas y

AditivosAditivos

UsuariosUsuariosIntermediosIntermediosde Plásticosde Plásticos

UsuariosUsuariosIntermediosIntermediosde Plásticosde Plásticos

PetroquímicPetroquímicaa

SecundariaSecundaria(monómeros(monómeros

))

PetroquímicPetroquímicaa

SecundariaSecundaria(monómeros(monómeros

))

ConsumidorConsumidorFinalFinal

ConsumidorConsumidorFinalFinal

Proveedores Proveedores de Serviciosde ServiciosProveedores Proveedores de Serviciosde Servicios

~ 25 empresas especializadas~ 300 empleos directos

~ 4,100 empresas productoras~ 170 mil empleos directos

~ 20 empresas fabricantes~ 100 empresas distribuidoras~ 1,200 empleos directos

~ 80 empresas fabricantes~ 160 empresas distribuidoras~ 9 mil empleos directos

~ 4,500 empresas~ 180 mil empleos directos

Distribución de la industria en México


Jalisco616

Guanajuato271

Baja California130

D.F1,133

Edo. de México

760

Nuevo León 401

Puebla 132

Otros Estados 935Total 4,378 empresas

Fuente: INEGI, 2000

Naturaleza química y arquitectura de polímeros

• Unidad estructural– Estructuras cíclicas se presentan a lo largo de

toda la molécula, y pueden ser identificadas como el mínimo componente estructural repetitivo


C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

• Monómero– Substancias que contienen moléculas que al

unirse dan como resultado una macromolécula, teniendo una configuración muy similar a la presentada por la unidad estructural del polímero


C

R

C

H

H

H

• Cadena polimérica– Estructura creada por la reacción de los

monómeros o químicos precursores. Macromolécula


C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

• Grado de Polimerización– Se refiere a la longitud de una cadena polimérica por

medio de la cantidad de unidades estructurales que la conforman.

– Esta longitud está determinada por la disposición de moléculas que puedan ser adheridas a la cadena polimérica y la capacidad de esta de crecer al momento de la reacción



C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ….. n

….

C

R

C

H

H

H n

• Tacticidad – Refiere a la disposición

de grupos funcionales alrededor de una cadena polimérica. Puede ser isotáctica, sinditáctica, atáctica


Tipo de polimerizaciónPolimerización por adición • Las moléculas del monómero se unen entre si para formar la cadena de polímero,

sin que se desprendan partes de la molécula• Las etapas del proceso son:

– Iniciación: algunas moléculas del monómero reaccionan con el iniciador, el cual rompe los dobles enlaces de carbono para formar un compuesto intermedio, de estructura molecular idéntica al monómero. A este proceso se le conoce como activación.


C

R

C

H

H

H

A

C

R

C

H

H

H

A

Tipo de polimerización– Propagación: Al interaccionar las moléculas de monómero activadas por

el iniciador con las otras moléculas de monómero, estas últimas reaccionan rompiendo sus dobles enlaces y adicionándose a la cadena, pasando de esta forma el centro activo a la molécula recién adherida. Esta reacción continúa mientras haya monómeros disponibles y continúe activo el centro activo.


C

R

C

H

H

H

A C

R

C

H

H

H

A C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

AC

R

C

H

H

H

Tipo de polimerización

– Terminación: Esta se da cuando los centros activos interaccionan entre ellos o bien cuando existe una sustancia que inhiba la reacción (terminador)


C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

AT

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

……

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

H C

R

C

H

H

H

C

R

C

H

H

H

…… H

Tipo de polimerizaciónPolimerización por condensación• En este tipo de polimerización se obtienen las macromoléculas a

partir de monómeros que contienen 2 o más grupos reactivos, que al reaccionar intermolecularmente, forman una molécula mayor (polímero) y una molécula menor (subproducto)


CH3-CH2OH + CH3-C-OH CH3-CH2-O-C-CH3+H2O

O O

O

-O-C-

Alcohol etílico Acido acético Etil acetato Agua

Grupo ester

Tipo de polimerización

Polimerización por condensación

• Al ser la reacción en cadena más lenta se pude controlar más fácilmente la reacción que en los procesos de adición, siendo más fácil determinar el peso molecular y el grado de polimerización

• En este tipo de reacciones podemos ubicar la formación los políesteres, poliamidas, polianhídridos, polisulfuros, siliconas, poliacetales, resinas fenólicas y resinas amino


Tipo de polimerizaciónPolimerización por condensación• Los monómeros usados en este tipo de polimerización están

conformados por moléculas orgánicas con grupos funcionales. – Tiene que ser difuncional para permitir la reacción con otros grupos y crecer. – Con funcionalidad mayor a dos, la cadena crecerá en más de dos direcciones,

pudiendo crear cadenas ramificadas o estructuras de red tridimensionales


nHO-CH2-CH2-OH+nHO-C- -C-OH

O O

H-O-CH2-CH2-O-C- -C-OH+(2n-1)H2O

OO

n

Etilen glicol Acido teraftálico

Poli(etilen tereftalato)

Tipo de polimerizaciónCopolimerización• Cuando en el proceso de polimerización se involucran 2 o más

monómeros para incorporarse a un alto polímero, tenemos un proceso de copolimerización.

• Los monómeros tienden a formar cadenas de polímeros primarios, que se combinan para conformar las cadenas del copolímero.


Polímeros amorfos• Está presente en todos lo plásticos • Comportamiento característico de los polímeros amorfos:• a bajas temperaturas estos polímeros son vidriosos, duros y frágiles. • Al elevarse la temperatura presentan una transición en la cual el material pasa del comportamiento de tipo vidrio a uno tipo goma cuando se

alcanza la Temperatura de transición vítrea (Tg)• Cuando se supera Tg, los polímeros amorfos entrecruzados presentan un comportamiento elástico gomoso (de hule). • Los polímeros lineales fluirán arriba de esta temperatura.• La existencia de polímeros puramente amorfos se debe en parte a irregularidades en la estructura de la cadena. Ej viniles atácticos y copolímeros

estadísticos. • Cadenas poco simétricas o con un elevado número de ramificaciones, tendrán como consecuencia que el polímero resultante no pueda cristalizar



movimiento de una cadena por medio de reptación,

mecanismo típico en polímeros amorfos

Polímeros cristalinos• Los polímeros presenta cierto orden, • Posee un cierto patrón de difracción de rayos X, • Presentar una transición de primer orden en el fundido• La existencia de cristales en un polímero depende en gran parte de la tacticidad de la cadena y la regularidad de la misma.• polímeros isotácticos y sindiotácticos se tiene por lo regular un cierto grado de cristalinidad. • los polímeros atacticos no serán cristalinos salvo cuendo los grupos funcionales son muy pequeños, • Los copolímeros estadísticos, al ser estos muy irregulares en las cadenas, no pueden formar cristales. • En el caso de mezclas de polímeros isatácticos y atácticos se tiene un disminución de la cristalinidad, siendo esta solo

aquella que genere la parte isotáctica


• las celdas unitarias de las estructuras cristalinas en los polímeros no contienen moléculas, sino unidades estructurales

• Los patrones de difracción de rayos X reflejan un tamaño de celda unitaria similar a la de otros materiales, pese a estar conformado por macromoléculas

• Existencia de una fracción importante de material en estado amorfo.• La temperatura de fusión (Tf) siempre sera mayor que la temperatura de transición vítrea. • Se presente un comportamiento duro y rígido bajo de Tg, pero relativamente flexible entre Tg y Tf,• Ej. polietileno, con Tg= -80° y Tf=139°.



Modelo fringed Michelle o de flequillos para la formación de

estructuras cristalinas

• La parte amorfa cuando tiene un comportamiento vítreo, da como lugar un polímero rígido.

• Cuando se encuentra arriba de Tg, se tiene un comportamiento gomoso debido a que los cristales mantienen el estado sólido.

• Importancia de la zona amorfa– La mayor resistencia a la tracción del polietileno en

relación a las ceras de bajo peso molecular se atribuiría a las cadenas amorfas que salen y entran de diversos cristales, manteniéndolos unidos


Monocristales de polímeros

• Obtenidos a partir soluciones con baja concentración por medio de la evaporación del solvente o del precipitado del polímero contenido.

• En el caso de polietileno, los monocristales formados tienen una forma de diamante


Modelo de “cadenas plegadas”.

• Las cadenas se doblan sobre si mismas de forma sucesiva, creando una estructura compacta

• Múltiple entrada y salida de las cadenas.

• En varios polímeros, los cristales no son estructuras planas, pudiendo formar pirámides huecas que se colapsan al secarse


• Monocristales de copolimero de polioxido de etileno


Cristales a partir de fundido• No son

monocristales• la estructura

cristalina tiene un estructura esferoidal llamada esferulita,

• Su crecimiento se hace a partir del centro por medio de los los planos cristalinos o lamelas


• Las lamelas conforman el equivalente a los cristales simples

• El empaquetamiento de estas cadenas es mucho más irregular.

• Entre la estructura lamelar existe una gran cantidad de material amorfo.

• Las lamelas están unidas entre si por cadenas que se comparten, formando estructuras denominadas ligas intercristalinas.


Cristales en mezclas de polímeros miscibles

Réplica de hedreditas formadas en un film a partir de fundido cristalizado de poly(4-methilpenteno-1)


Cristales en mezclas de polímeros inmiscibles

• Mezcla de polipropileno isotéctico/poli-isobutadieno


Porcentaje de cristalinidad

• Los polímeros no logran cristalizar al 100% • Imposibilidad de las cadenas poliméricas de

agruparse ordenadamente en un periodo finito de enfriamiento

• Calculo del porcentaje de cristalinidad basándose principalmente en sus propiedades térmicas y densidades


• Técnicas calorimétricas como el DSC


• Comparación de la densidad del material respecto a la densidad teórica de la parte cristalina determinada a partir de estudios de la estructura con rayos X.

• La densidad de la parte amorfa puede ser extrapolada a partir de la densidad del fundido hacia la temperatura de interés.



100%

amorfocristalino

amorfomaterialdadCristalini

material densidad del material real en estudio

amorfo densidad de la fracción amorfa del material

cristalino densidad de la fracción cristalina del material

• la mayor parte de los polímeros semicristalinos poseen entre un 40% y 75% de cristalinidad,

• El politetraflouroetileno llega a un 90 % • El PVC alcanza un 15% de cristalinidad


Relación estructura-propiedades

Los factores moleculares tienen gran influencia en las propiedades de los materiales poliméricos, siendo los de más relevancia:

• Peso molecular• Intensidad de las fuerzas intermoleculares• La simetría de la unidad estructural• Regularidad estructural de la cadena• Flexibilidad de la cadena polimérica


Peso molecular • las principales propiedades de interés tienen valores que

les hacen atractivos cuando se alcanzan en este valores altos.

• los plásticos la alta resistencia mecánica, elevada temperatura de transición vítrea o de fusión, así como la elasticidad de los cauchos, se presentan cuando el peso molecular es elevado.

• En contraste, a mayor peso molecular es más difícil la manipulación del polímero,

• Se debe llegar a un equilibrio entre este factor y la mejora de las propiedades, considerando el uso final que tenga el material.


Influencia de la estructura cristalina • la configuración de la tacticidad de la cadena

polimérica determina la cristalinidad del material. • El que una cadena sea lineal, ramificada o

entrecruzada permitirá o limitará los movimientos de las moléculas al interior del material.

• La limitación de los movimientos de las cadenas al igual que la cristalinidad del material influirá en determinadas propiedades del material.


Propiedades térmicas• Altas temperaturas de fusión en los polímeros, se asocian por

lo regular con estructuras altamente regulares, moléculas rígidas, capacidad de empaquetamiento compacto, fuertes atracciones entre las cadenas o varios de estos factores combinados.

• Las propiedades térmicas, y en especial el punto de fusión dependen de la estructura cristalina.

• Los polímeros amorfos no se tiene la transición del punto de fusión, y sin embargo poseen la temperatura de transición vítrea, que no existe en la fracción cristalina de los polímeros


Propiedades térmicas• Si la unión dentro de las cadenas es sumamente rígida, como

en el caso del poliéster, hace que la temperatura de fusión aumente

• Si se tienen uniones muy flexibles como aquellas que presentan los grupos alifáticos, se tendrán temperaturas de fusión menores.

• Implicación: los poliesteres alifáticos no son usados para la fabricación de ropa, pues se funden cuando se utilizan planchas o aún en el lavado.

• Los poliesteres aromáticos y los nylon alifáticos tienen suficientemente alta la temperatura de fusión para ser usados en la industria del vestido


Propiedades térmicas• La capacidad de lograr estructuras de empaquetamiento

más compactas permitirá una mayor atracción entre las cadenas y dificultará el deslizamiento de las mismas,

• Se requerirán mayores temperaturas para proveer la energía necesaria que permita a la cadena moverse

• La conductividad térmica y el calor específico también se verán afectados en cierto grado por la estructura cristalina.

• En el primer caso se puede deducir que un polímero con un arreglo más compacto en su estructura cristalina será capaz de conducir mejor el calor debido a que las vibraciones de las cadenas se trasmitirán más fácilmente a lo largo del material.


Propiedades mecánicas• un polímero cristalizado ocupará un menor espacio

que uno amorfo. De esta forma los cambios de densidad ocasionados por la cristalización de los centros del material acentuarán más las contracciones durante los procesos con polímeros semicristalinos

• El comportamiento del material al aplicársele una carga dependerá tanto de la estructura cristalina como de la orientación que las cadenas hayan tomado en el momento de su procesado


Propiedades mecánicas• El módulo elástico dependerá de la temperatura de

transición vítrea. • En materiales amorfos el valor cae drásticamente. • Cuando esta presente una fase cristalina, esta obliga

al material a conservar una forma determinada• En lugar de fluir como es el caso de los amorfos, se

tiene un comportamiento más flexible con una caída no tan marcada del valor de modulo elástico


Propiedades mecánicas• Dado que al generarse ramificaciones o

entrecruzamientos en las cadenas poliméricas, estos ocasionan una pérdida de movilidad de las cadenas, por lo que los materiales aumentan su módulo elástico.

• Consecuencia:– Materiales termoestables por lo regular tienen un mayor

módulo que los termoplásticos. – Cuando se tiene un nivel no muy alto de entrecruzamiento

y el resto del material es amorfo, se pueden tener cauchos termoplásticos


Diferentes comportamientos según la estructura


Amorfo

Semicristalino

Entrecruzado

Propiedades mecánicasComportamiento a fractura• La presencia de fases cristalinas puede aumentar la

resistencia a la propagación de grietas cuando se tiene un material debajo de Tg

• La resistencia a la fractura se ve influenciada por la orientación de las cadenas.

• La energía necesaria para propagar un grieta es menor si esta crece de forma paralela a las cadenas poliméricas que si intenta hacerlo de forma perpendicular a las mismas.

• Este comportamiento es más acentuado en materiales semicristalinos


Efecto de la orientación del material


0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 5 10 15 20 25

W-a (mm)

wf=

Wf/(

(W-a

)b)

(Jo

ule

/m2)

Curvas wf vs (w-a) para ensayos EWF con probeta DENT. b=2 MD; b=2 TD; b=3 MD; b=3

TD (MD-dirección paralela al flujo TD- Dirección perpendicular al flujo)

Efecto de la orientación del material


Propiedades ópticas• La existencia de fases cristalinas dentro del material

genera un medio con propiedades ópticas no continuas, • Se tiene una mayor dispersión de los haces luminosos

dentro mismo• Como consecuencia se tiene un material translúcido u

opaco• los materiales poliméricos que son transparentes son por

lo general amorfos (ej- poliestireno, PET, PMMA).• Lo anterior no implica que las fases cristalinas sean

trasparentes al estar aisladas, y dependerá en gran medida de las características de la cadena polimérica


Propiedades ópticas

• Esta influencia de la estructura cristalina en las propiedades ópticas del polietileno,

• fundido es trasparente• A espesores pequeños (y por ende con enfriamiento

rápido) se pueden tener secciones trasparentes• Espesores grandes, se formará una fase cristalina

debido a un enfriamiento más lento de la parte central, lo que deriva en su color traslucido


Propiedades ópticas

• PET• Secciones trasparentes de hasta 3 o 4mm de espesor

facilmente, • Espesores por arriba de 5 mm la parte central del

material empezará a cristalizar antes de solidificarse si no se tiene la velocidad de enfriamiento adecuado,

• Poco factible mantener la trasparencia en espesores cercanos a los 10 mm


Curva Esfuerzo-deformación

0

10

20

30

40

50

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

deformación (mm/mm)

Esf

uer

zo (

MP

a)

PS PS+HIPS HIPS



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14


Esf

ue

rzo

(M

Pa

)

PS PS+HIPS HIPS


Plástico Resitencia a la tracción (MPa) Elongación a al ruptura %

A. Plásticos amorfos

Poliestireno 50 2.5

Poli metil metacrilato 65 10

Poli cloruro de vinilo 50 30

Poli bisfenol carbonato 60 125

B. Plásticos semicristalinos

Polietileno de alta densidad 30 600

Polipropileno 33 400

Poli tetraflouroetileno 25 200

Poliamida 66 (nylon 66) 80 200

Poli etilen tereftalato 54 275

C. Termoestables

Resina fenol formaldehido 55 1

Resina epóxica 90 2.4

Resina poliéster no saturada 60 3



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07


Esf

ue

rzo

(M

Pa

)

PS HIPS


MaterialMódulo de elasticidad

(rango) GPaMódulo de elasticidad

(promedio) GPa

PS 1.79-3.38 3

HIPS 1.1-3.03 2

LDPE .139-0.35 0.21

HDPE 0.18-1.6 0.911

PP 0.5-7.6 1.9

ABS 1.79 - 3.2 2.4

PMMA 2.2 - 3.8 3.1

Acetato de celulosa 1.5 - 2.2 1.8

Nylon 46 1 - 3.3 2.2

Nylon 6 0.3 - 4 1.6

Nylon 66/6 0.32 - 3.7 2

PC 1.6 - 2.4 2.3

PVC Flexible 0.002 - 0.019 0.0076


Comportamiento de los polímeros respecto a la temperatura y la velocidad de deformación


Comportamiento de los polímeros respecto a la temperatura y cristalinidad


Regiones del comportamiento de los materiales poliméricos


Región vítrea

Región de transición vítrea

Región viscoelástica

Región de flujo gomozo

Región de flujo líquido

Cedencia A deformación constante


CedenciaA carga constante


Mecanismos de fluencia en materiales poliméricos


Ruptura de cadenas:



Intercambio de uniones



Relajación


• Fluido viscoso: Derivado del deslizamiento de las cadenas lineales sobre otras cadenas, este mecanismo es el responsable del fluido viscoso en tubos y del flujo elongacional bajo esfuerzos, como ocurre en el caso de la boligoma.

• Relajación molecular, especialmente cerca de Tg: las

cadenas fluyen con facilidad debido a la disposición de energía cerca de Tg. Esta condición hace que el esfuerzo se relaje casi a la misma velocidad que la aplicación de la carga.


Modelos para el estudio de la cedencia


Modelos para el estudio de la cedencia


Modelo de 4 elementos

Principio de superposición de tiempo temperatura

• Para materiales viscoelásticos el tiempo y la temperatura son equivalentes – Datos a una temperatura puedan ser superpuestos a datos

a otra temperatura por medio del desplazamiento de las curvas a lo largo del eje logarítmico del tiempo.

• Importancia:– Solo se pueden obtener datos para una escala reducida de

tiempo, de 1 a 105 segundos. – Por medio de este se logra hacer una estimación del

módulo de relajación y de otras propiedades a lo largo de varias décadas de tiempo


Principio de superposición tiempo-temperatura


Fatiga de materiales poliméricos


•En deformaciones cíclicas, los patrones de esfuerzo y deformación se repiten sucesivamente por decenas de miles de veces.

• Aún cuando el esfuerzo se encuentre muy por debajo del esfuerzo de fractura registrado en tracción simple, las grietas pueden crecer y la muestra fallará



Mecanismos principales: a)La muestra puede incrementar su

temperatura debido a un calentamiento adiabático, en especial en la punta de grieta

b)El crecimiento de la grieta misma.


• Materiales con altos pesos moleculares con distribuciones reducidas son por lo general más resistentes a la fatiga.

• Cambios químicos como ruptura de uniones tienden a minimizarse.

• Son deseables las deformaciones viscoelásticas de las cadenas, – absorben energía– evitan el crecimiento de las grietas– siempre y cuando la pieza no se caliente en exceso.



• Cambios morfológicos como la orientación y la cristalización también absorben energía y son deseables

• Muestras bajo ciclos de esfuerzo a frecuencias y temperaturas cercanas a la temperatura de transición o a transiciones secundarias – tenderán a calentarse más de lo normal, – se pude ocasionarse un reblandecimiento o degradación

del material. – Si la temperatura inicial está justo por debajo de Tg, la

razón de calentamiento puede crecer al incrementarse el tiempo.



• El calentamiento adiabático ocasionado por la histéresis del material no es deseable.

• Deformaciones no homogéneas, como las crazes y las bandas de cizalla – Absorben energía por lo que – Son mecanismos deseables, – En especial si las bandas aparecen antes de las

crazes.




Comportamiento a la fatiga de materiales poliméricos

Etapas de producción de los plásticosPodemos distinguir tres etapas en la producción de plásticos: • Formulación de las resinas, partiendo del petróleo o el

carbón mediante reacciones químicas de adición o condensación se obtienen polvos, gránulos, líquidos, escamas, láminas, tubos y formas estructurales.

• Procesamiento plásticos, la materia prima se convierte a una forma sólida semiterminada o terminada.

• Fabricación o acabado, utilizando un procesamiento secundario se obtienen piezas acabadas. Estas actividades son por ejemplo ensamble, unión, maquinado y soldadura


Técnicas de procesamiento de plásticos

• Moldeo por compresión


Moldeo por transferencia

Moldeo de plástico por inyección


Moldeo de plástico por soplado.

Moldeo de plásticos por extrusión


Calandrado de plásticos.

Moldeado por termoformado

Moldeo de plásticos por colado.


Hilado de plásticos

Moldeo rotacional de plásticos (rotomoldeo)

•Existen procesos que son combinación de 1 o mas de los anteriores•Su utilización dependerá del material, la aplicación de la pieza manufacturada y su volumen de producción

Aditivos comunes

• Pigmentos: dan color a los plásticos.• Estabilizadores: evitan o retardan el deterioro de los

plásticos por el medio ambiente.• Agentes antiestáticos. • Retardantes a la llama.• Lubricantes facilitan el conformado y disminuyen su

viscosidad.• Plastificantes: disminuyen la temperatura de transición

vítrea, con lo que se mejoran las propiedades y características de procesado.

• Agentes espumantes• Refuerzos ( ejemplo: fibra de vidrio)



MÉT O D O S D E C O N FO R MAD O D E PLÁ ST IC O S

L A M IN A C IO N

A lta p res ió n

D evan ad o d efilam en tos

C ap as

A sp ers ió n

C en tríg ad o

M atrices m etá licas

B o lsa a l vac ío

B o lsa a p res ió n

M old ead o

C á m ara p len a

P as ta ag u ad a

F ib ras d irig id as

P re form as

B a ja p res ió n M old ead o p or sop lad o

P res ió n

V ac ío

C ortin a

F orm ad o d e h o jas

E X TR U S IO N C A L A N D R A D O

F río

In yecc ió n

C om p res ió n

Tran s feren c ia

M O L D E A D O

A sp ers ió n

R od illo

B roch a

In m ers ió n

L ech oflu id ificad o

R E V E S TID O

M old eoro ta to rio

E sp u m ad o

F lu íd o

C á s cara

S o lven te

C O L A D O M A Q U IN A D O U N IÓ N

A p lic a r c a lo r y p re s ión

MAT ER IAL PLÁ ST IC O

Compuestos• Conformado por 2 o más materiales que interactuan a nivel mecánico (sin que haya reacciones

químicas entre ellos), • Conservan sus propiedades individuales, pero que en conjunto proporcionan nuevas

características • Alta resistencia a los esfuerzos, alta tenacidad, vida de fatiga larga, así como una baja densidad.• Se puede manipular fácilmente la resistencia a la corrosión y al desgaste, la conductividad

térmica, las propiedades acústicas• Es factible obtener una configuración óptima del material


Tipos de materiales compuestos.• Compuesto reforzado con fibra continua o larga.• Compuesto reforzado con fibras en tela• Compuesto con fibras discontinuas • Compuestos híbridos


Materiales para las fibras.Estos materiales son variados, dependiendo de su origen y su distribución

en la matriz. Los materiales de mayor uso son:• Vidrio• Grafito• Aramidas (kevlar)• Boro• Otros - fibras naturales, metálicas, cerámicas, etc.

Materiales para la matriz.Permiten la distribución de esfuerzos entre una fibra y otra. Para las matrices se tienen principalmente:• Matrices poliméricas

– Termofijas (epóxicas, fenólicas, poliester, etc.)– Termoplásticas (Poliestireno, polipropileno, polietileno, etc.)

• Metálicas• Grafito• Cerámicas


Comportamiento mecánico de los compuestos

• Depende de las propiedades de los constituyentes• Sigue en general la regla de las mezclas• Se ve afectado por la interrelación entre las diferentes partes (matriz,

refuerzo e interfase)


Calculo de las propiedades


Propiedad Dirección

Paralela o longitudinal Perpendicular o transversal

Módulo elástico

En general

Módulo de Poisson

Módulo cortante en el plano

mm

ff

vE

vEE

111

2

nmff vEvEE 1

mm

ff

vG

vGG

111

12

nmff vXvXX 1 mm

ff

vX

vXX

111

2

nmff vv 12

Ingeniera de Los Materiales Plasticos Tema 1

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