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Estructura y Propiedades

de los Materiales

Tema: Materiales

Polímeros

Introducción

La palabra se deriva de los vocablos griegos poly , que significa muchos , y meros (que se contrae a mero ), que es parte.

La mayoría de los polímeros se basan en el carbono, y por ello se les considera productos químicos orgánicos.

Los polímeros se dividen en plásticos y cauchos (hules). Como materiales de ingeniería, son relativamente nuevos en comparación con los metales y los cerámicos, pues sólo datan de alrededor de la mitad del siglo XIX

• Sobre una base volumétrica, los polímeros compiten en costo con los metales.
• Los polímeros por lo general requieren menos energía que los metales para producirse, sobre una base de volumen. Esto se cumple debido a que es común que las temperaturas para trabajarlos sean mucho más bajas que las que requieren los metales.
• Ciertos plásticos son traslúcidos o transparentes, así que para ciertas aplicaciones compiten con el vidrio.

Introducción

Por el lado negativo, los polímeros tienen en general las limitaciones siguientes:

1. su resistencia es baja en comparación con la de los metales y cerámicos;

2. en el caso de los elastómeros, su módulo de elasticidad o rigidez también es bajo; ésta podría ser, por supuesto, una característica deseable;

3. las temperaturas de uso se limitan a sólo unos cientos de grados debido a la suavización de los polímeros;

4. ciertos polímeros se degradan si se les expone a la luz solar y a otras formas de radiación;

Introducción

Propiedades mecánicas. El termoplástico común a temperatura ambiente se caracteriza por lo siguiente:

1. rigidez muy baja, con módulo de elasticidad de dos (en ciertos casos, de tres) órdenes de magnitud menos que el de los metales y cerámicos;

2. poca resistencia a la tensión, alrededor de 10% de la de los metales;

3. dureza mucho menor;

4. ductilidad mayor, en promedio, pero con un rango muy amplio de valores, desde 1% de elongación para el poliestireno a 500% o más para el polipropileno.

Propiedades físicas En general, los polímeros termoplásticos tienen las características siguientes:

1. Densidades menores que las de los metales o cerámicos, las gravedades específicas comunes de los polímeros están alrededor de 1.2, las de los cerámicos son de cerca de 2.5, y las de los metales de 7.0;
2. coeficiente de expansión térmica mucho mayor, aproximadamente cinco veces el valor de los metales y 10 veces el de los cerámicos;
3. temperaturas de fusión mucho menores;
4. calores específicos que son de dos a cuatro veces las de los metales y cerámicos;
5. conductividades térmicas de alrededor de tres órdenes de magnitud menos que las de los metales;
6. propiedades de aislamiento eléctrico.

Acrílicos Los acrílicos son polímeros derivados del ácido acrílico (C 3 H 4 O 2 ) y de compuestos que se derivan de él. El termoplástico más importante del grupo de los acrílicos es el polimetilmetacrilato (PMMA) o Plexiglás (marca registrada de Rohn & Haas para el PMMA). Su propiedad extraordinaria es la transparencia excelente, que lo hace competir con el vidrio en aplicaciones ópticas. Algunos ejemplos incluyen lentes para las luces traseras de automóviles, instrumentos ópticos y ventanas de los aviones. Su limitación es que, en comparación con el vidrio, tiene una resistencia a las rayaduras mucho menor

Celulosas. La celulosa (C 6 H 10 O 5 ) es un polímero carbohidratado que ocurre de manera común en la naturaleza. La madera y fibras de algodón, que son las fuentes principales de celulosa para la industria, contienen alrededor de 50% y 95% del polímero, respectivamente.

Cuando la celulosa se disuelve y precipita durante el procesamiento químico, el polímero que resulta se denomina celulosa regenerada. Cuando ésta se produce como fibra para ropa se conoce como rayón (por supuesto, el algodón mismo se emplea mucho como fibra para telas). Cuando se produce como película delgada se conoce como celofán , material común para empacar.

La celulosa en sí no puede usarse como termoplástico debido a que con el aumento de temperatura se descompone antes de fundirse. Sin embargo, puede combinarse con distintos componentes para formar varios plásticos de importancia comercial; dos ejemplos son el acetato de celulosa (CA) y la celulosa de acetato butirato (CAB). El CA se produce en forma de hojas (para envolver), película (para fotografía) y piezas moldeadas. El CAB es un material mejor para moldear que el CA, y tiene mayor resistencia al impacto, menor absorción de humedad y compatibilidad mejor con otros plastificadores. Los termoplásticos de celulosa tienen una participación en el mercado de alrededor de 1%.

Fluoropolímeros.

Poliamidas.

Los miembros más importantes de la familia de las PA son los nylons. El nylon es fuerte, muy elástico, inflexible, resistente a la abrasión y autolubricante.

A temperaturas alrededor de 125 ºC conserva buenas propiedades mecánicas. Una desventaja es que absorbe agua y esto implica la degradación de sus propiedades. La mayoría de las aplicaciones del nylon (cerca de 90%) son en fibras para tapetes, ropa y cuerdas de neumáticos. El resto (10%) es para componentes de ingeniería; es común que el nylon sea un buen sustituto de los metales en cojinetes, engranes y piezas similares en las que se necesita resistencia y fricción baja.

Policarbonato.

El policarbonato (PC) es notable por sus propiedades mecánicas excelentes en general, que incluyen tenacidad elevada y buena resistencia al escurrimiento plástico.

Es uno de los termoplásticos mejores en cuanto a resistencia al calor y se puede usar a temperaturas cercanas a los 125 ºC. Además es transparente y resiste al fuego.

Sus aplicaciones incluyen piezas moldeadas para maquinaria, carcasas para máquinas de oficina, impulsores de bombas, cascos de seguridad y discos compactos (por ejemplo, audio, video y computadora). También se usa mucho en aplicaciones de cristales (ventanas y parabrisas).

Poliéster.

Un ejemplo representativo es el tereftalato de polietileno (PET). El enfriamiento rápido favorece el estado amorfo, que es muy transparente. Las aplicaciones importantes incluyen contenedores de bebidas moldeados por soplado, películas fotográficas y cintas magnéticas de grabación.

Además, el PET se usa mucho como fibras para telas. Las fibras de poliéster tienen absorción baja de humedad y buena recuperación ante la deformación, dos características que lo hacen ideal para prendas de vestir tipo “lavar y usar” que resisten ser exprimidas. Las fibras de PET casi siempre están mezcladas con algodón o lana. Algunos nombres familiares de fibras de poliéster incluyen el Dacron (DuPont), Fortrel (Celanese) y Kodel (Eastman Kodak).