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POLIMEROS TERMOPLASTICOS En esta sección se revisarán las propiedades de los polímeros termoplásticos como grupo y examinaremos sus miembros más importantes. PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS Una característica que define a los polímeros termoplásticos es que pueden calentarse desde el estado sólido hasta el estado líquido viscoso, y al enfriarse vuelven a adoptar el estado sólido; además, este ciclo de enfriamiento puede aplicarse muchas veces sin degradar al polímero. la razón de dicho comportamiento es que los polímeros Termoplásticos consisten en macromoléculas lineales (ramificadas) que no se encadenan transversalmente cuando se les calienta. Por el contrario, los termofijos y los elastómeros sufren un cambio químico cuando se les calienta, lo cual hace que sus moléculas se unan transversalmente y fragüen permanentemente.

De hecho, los termoplásticos se deterioran químicamente con calentamientos y enfriamientos repelidos. En el moldeo de plásticos se hace una distinción entre el material nuevo o virgen y los plásticos que han sido moldeados previamente y que han experimentado ciclos térmicos (por ejemplo desperdicios y partes defectuosas). Para algunas aplicaciones solamente se acepta el material virgen. Los polímeros termoplásticos también se degradan progresivamente cuando se les sujeta a temperaturas por debajo de Tm este efecto de largo plazo se llama envejecimiento térmico e involucra un deterioro químico lento. Algunos de los polímeros termoplásticos son más susceptibles al envejecimiento térmico que otros, y para un mismo material la velocidad de deterioro depende de la temperatura. PROPIEDADES MECÁNICAS Los termoplásticos típicos a temperatura ambiente poseen las siguientes características: I) menor rigidez, el módulo de elasticidad es dos veces (en algunos casos tres) más bajo que los metales y los cerámicos; 2) la resistencia a la tensión es más baja, cerca del 10% con respecto a la de los metales; 3) dureza muy baja; y 4) ductilidad más alta en promedio, con un tremendo rango de valores, desde una elongación del 1% para el poliestireno, hasta el 500% o más para el propileno. Las propiedades mecánicas de los termoplásticos dependen de la temperatura. La relación funcional debemos analizarla en el contexto de las estructuras cristalina y amorfa. Los termoplásticos amorfos son rígidos y vítreos por debajo de la temperatura de transición vítrea Tg y flexibles o de consistencia ahulada justamente arriba de dicha temperatura. La transición ocurre realmente en una escala de temperaturas de 10 a 20 grados aunque en la figura 10 se sugiere un solo valor para Tg. Conforme se incrementa la temperatura por encima de Tg el polímero empieza a hacerse cada vez más suave, hasta que finalmente se convierte en un fluido viscoso nunca se convierte en un líquido delgado debido a su alto peso molecular. El efecto sobre su comportamiento mecánico puede visualizarse en la figura 11, donde se le define como resistencia a la deformación. Esto es análogo al módulo de

elasticidad, pero nos permite observar el efecto de la temperatura sobre un polímero amorfo en su transición de sólido a líquido. Por debajo de Tg. el material es fuerte y elástico. A la temperatura Tg, se observa una caída repentina en la resistencia a la deformación, a medida que el material se transforma en la fase ahulada, su comportamiento en esta región es viscoelástico. Conforme aumenta la temperatura, se transforma gradualmente en un líquido más fluido. Un termoplástico teórico con 100% de cristalinidad tendría un punto de fusión distinto Tm en el cual se transformaría de sólido a líquido, pero sin mostrar un punió de transición vítrea perceptible Tg Desde luego, los polímeros reales tienen menos del 100% de cristalinidad. Para los polímeros parcialmente cristalinos, la resistencia a la deformación se caracteriza por la curva que se ubica entre los dos extremos, su posición está determinada por la proporción relativa de las dos fases. Los polímeros parcialmente cristalinos exhiben las características de ambos, plásticos amorfos y plásticos cristalizados. Por debajo de Tg son elásticos, con una resistencia a la deformación Figura 11 Relación de las propiedades mecánicas, graficadas como resistencia a la deformación en función de la temperatura para un termoplástico amorfo, un termoplástico 100% cristalizado (teórico) y un termoplástico parcialmente cristalizado. decreciente cuando la temperatura va en aumento. Arriba de 7, la porción amorfa del polímero se ablanda mientras que la porción cristalina permanece intacta. El material en su conjunto exhibe propiedades que son generalmente viscoelásticas. Conforme se alcanza Tm, los cristales se funden, dando el polímero una consistencia líquida, la resistencia a la deformación se debe ahora a las propiedades viscosas del fluido. El grado en el cual el polímero adopta características líquidas, en Tm y por arriba de ésta, depende del peso molecular y el grado de polimerización. A mayores grados de polimerización y de peso molecular se reduce la fluidez del polímero, haciendo más difícil su procesamiento en el moldeado o en los métodos similares de procesamiento. Éste es el dilema que enfrentan aquellos que seleccionan los materiales, debido a que los pesos moleculares y grados de polimerización más altos significan mayor resistencia.

PROPIEDADES FÍSICAS Las propiedades físicas de los materiales se analizaron en el capítulo 4. En general, los polímeros termoplásticos poseen: 1) densidades más bajas que los metales y los materiales cerámicos, las gravedades específicas típicas para los polímeros son alrededor de 1.2, para los cerámicos alrededor de 2.5, y para los metales alrededor de 7.0; 2) coeficientes de expansión térmica mucho más altos, aproximadamente cinco veces el valor de los metales y 10 veces el de los cerámicos; 3) temperaturas de fusión muy bajas; 4) calores específicos que son de dos a cuatro veces los de los metales y los cerámicos; 5) conductividades térmicas que son alrededor de tres órdenes de magnitud más bajos que los de los metales, y 6) propiedades de aislamiento eléctrico. IMPORTANCIA COMERCIAL DE LOS TERMOPLÁSTICOS Los productos termoplásticos incluyen artículos moldeados y extruidos, fibras, películas y láminas, materiales de empaque, pinturas y barnices. Se surten normalmente al fabricante en forma de polvos o pellets (grano grueso) en bolsas de 50 libras, en tambores de 200 libras o en cargas mayores por camión o carro de ferrocarril. Los polímeros TP más importantes se analizarán por orden alfabético en las próximas líneas. Cada tabla proporciona la fórmula química para cada plástico y sus propiedades seleccionadas. La participación aproximada en el mercado se da con respecto a todos los plásticos (termoplásticos y termofijos). ACETALES Acetal (tabla 3) es el nombre popular dado al polioximetileno, un polímero de ingeniería derivado del formaldehído (CH2O) con alta rigidez, resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste. Además, tienen alto punto de fusión, baja absorción de la humedad y son insolubles en los solventes comunes a temperatura ambiente. Debido a esta combinación de propiedades, las resinas acetalicas son competitivas con ciertos metales, por ejemplo, latón y zinc para componentes automotrices tales como manijas de puerta, cajas de bombas y partes similares, así como artefactos de ferretería y componentes de maquinaria. Tabla 3 Acetales

Polímero

Polioximetileno, también conocido como Poliacetal (OCH2) n

Símbolo POM

Método de polimerización Por pasos

Grado de cristalinidad 75 % Típico

Módulo de Elasticidad 500000 lb/pulg2 (a 3500 Mpa)

Resistencia a la Tensión 10000 lb/pulg2 (70 Mpa)

Elongación 25 a 75 %

Gravedad específica 1.42

Temperatura de transición vítrea -112 0F (-80 0C)

Temperatura de fusión 356 0F (180 0C)

Participación Aproximada en el Mercado Mucho menos del 1 %

ACRÍLICOS Los acrílicos son polímeros derivados del ácido acrílico (C3H4O2) y de sus com-puestos. El termoplástico más importante en el grupo acrílico es el polimetilmetacrilato (PMMA); un nombre más familiar para éste producto es plexíglass (marca registrada de Rohm and Haas para el PMMA, La información sobre el PMMA se presenta en la tabla 4. Es un polímero lineal que es más sindiotáctico y, por tanto, amorfo. Su propiedad principal es que posee una excelente transparencia que lo hace competitivo con el vidrio en aplicaciones ópticas. Algunos ejemplos incluyen micas para luces traseras de automóviles, instrumentos ópticos y ventanas de avión. Su limitación con respecto al vidrio es una resistencia al rayado extremadamente más baja. Otros usos del PMMA incluyen ceras para piso y pinturas emulsificadas de látex. Los acrílicos encuentran otros usos importantes en fibras textiles; el poliacrilonitrilo (PAN) es un ejemplo mejor conocido bajo los nombres familiares de Orlón (DuPont) y Acrilán (Monsanto).

TABLA 4 Acrílicos

Polímero representativo Polimetilmetacrilato ( C5H8O2)n

Símbolo PMMA

Método de Polimerización Adición

Grado de Cristalinidad Ninguna ( Amorfa)

Módulo de Elasticidad 400000 lb/pulg2 (2800 Mpa)

Resistencia a la Tensión 8000 lb/pulg2 (55 Mpa)

Elongación 5%


Temperatura de Transición Vítrea 2210F (105 0C)

Temperatura de Fusión 392 0F (200 0C)

Participación Aproximada en el Mercado Cerca del 1%

ACRILONITRILO-BUTADIENO-ESTIRENO

ABS es el nombre abreviado de un plástico de ingeniería que reúne una excelente combinación de propiedades mecánicas, algunas de las cuales se enlistan en la tabla 5. El ABS en un terpolímero de dos fases, una fase es el copolimero duro estireno-acrilonitrilo, mientras que la otra fase es el copolimero estireno-butadieno de consistencia ahulada. El nombre del plástico se deriva de los tres monómeros iniciales, los cuales se mezclan en varias proporciones. Sus aplicaciones típicas incluyen componentes para automóviles, artefactos, máquinas de negocios y accesorios para tubos.

TABLA 5 Acrilonitrilo-butadieno-estiréno

Polímero representativo Terpolímero de acrilonitílo (C3H3N)n Butadieno (C4H6), y estiréno (C8H8)

Símbolo ABS


Grado de Cristalinidad Ninguna ( Amorfa)


Resistencia a la Tensión 7000 lb/pulg2 (50Mpa)



Temperatura de Transición Vítrea 0F (105 0C)

Temperatura de Fusión 0F ( 0C)

Participación Aproximada en el Mercado Cerca del 3%

CELULÓSICOS La celulosa (C6H10O5) es un carbohidrato polímero que existe en la naturaleza. La madera y las fibras de algodón, que son las principales fuentes de celulosa, contienen alrededor del 50 y 95% del polímero respectivamente. Cuando la celulosa se disuelve y luego se precipita durante su procesamiento químico, el polímero resultante se llama celulosa regenerada. Cuando esta se produce en forma de libra se le conoce como rayón desde luego, el algodón en sí es una fibra que se usa ampliamente. Cuando se produce como una película delgada se le llama celofán, utilizada ampliamente como material de envoltura. No se puede usar la celulosa como un termoplástico debido a que cuando aumenta la temperatura se descompone, antes que fundirse. Sin embargo se puede combinar con diversos compuestos para formar varios plásticos de importúnela comercial algunos ejemplos son el acetato de celulosa AC (CA en inglés) y acetato-butirato de celulosa ABC (CAB en inglés). En la tabla 6 se presenta la información general para el acetato de celulosa, el cual se produce en forma de hojas (para envolver), películas para fotografía y partos moldeadas. El acetato butirato de celulosa es mejor material de moldeo que el acetato de celulosa porque tiene una resistencia más grande al impacto, menor absorción de la humedad y mejor compatibilidad con los plastificantes. Los termoplásticos de celulosa comparten cerca del I % del mercado.

TABLA 6 Celulósicos

Polímero representativo Acetato de Celulosa (C6H9O5-COCH3)n

Símbolo CA

Método de Polimerización Por pasos 8condensación)

Grado de Cristalinidad Amorfa





Temperatura de Transición Vítrea 221 0F (105 0C)


Participación Aproximada en el Mercado Menos del 1%

FLUOROPOLÍMEROS El politetrafluoroetileno (PTFE), comúnmente conocido como teflón Tabla 7 representa alrededor del 85% de la familia de polímeros llamados fluoropolímeros. En la cual los átomos de flúor reemplazan a los átomos de hidrógeno en la cadena de carbono el PTEE posee alta resistencia al ataque químico y ambiental, no le afecta el agua, y posee buenas propiedades eléctricas, buena resistencia al calor y un coeficiente de fricción muy bajo. Estas últimas dos propiedades han promovido su uso en los utensilios domésticos de cocina como antiadherentes. Otras aplicaciones que dependen de la misma propiedad incluyen cojinetes no lubricados y componentes similares. El PTEE también tiene aplicaciones en equipo químico y de procesamiento de alimentos.

TABLS 7 Fluoropolímeros

Polímero representativo Politetrafluoroetileno (C2H4)n

Símbolo PTFE


Grado de Cristalinidad Altamente Cristalino cerca del 95%








POLIAMIDAS Una familia importante de polímeros que forman ligas características de amida (CO NH) Durante su polimerización se llama poliamidas (PA). El miembro más importante de la familia PA es el nylon, de los cuales los grados más importantes son el nylon-6 y el nylon-6,6 los números son códigos que indican el número de átomos de carbono en el monómero. Los datos que se dan en la tabla 8 son para el nylon-6,6. Que desarrolló la empresa DuPont en la década de los treinta. Las propiedades del nylon-6, desarrollado en Alemania, son similares. El nylon es resistente, altamente clástico, tenaz resistente a la abrasión y autolubricante. Retiene buenas propiedades mecánicas aun a temperaturas superiores a 250 °F (125 °C). Una desventaja es que absorbe agua con la consiguiente degradación de sus propiedades. La mayoría de las aplicaciones del nylon (alrededor del 90%) se encuentran en fibras para alfombras, muebles y cuerdas. El restante (10%) se aplica en componentes de ingeniería; es un buen sustituto para los metales en los cojinetes, engranes y partes similares donde se necesita resistencia y baja fricción.

Un segundo grupo de poliamidas lo constituyen las aramidas (poliamidas

aromáticas) de las cuales el Kevlar (marca registrada de DuPont) está ganando importancia como fibra para reforzar plásticos. La razón del interés en el kevlar es que su resistencia es la misma que la del acero con un 20% de su peso.

TABLA 8 Poliamidas

Polímero representativo Nylon 6,6 [(CH2)6(CONH)2(CH2)4]n

Símbolo PA-6,6

Método de Polimerización Por pasos (condensación)

Grado de Cristalinidad Altamente Cristalino



Elongación 300 %




Participación Aproximada en el Mercado 1% para todas las Poliamidas

POLICARBONATO El policarbonato (PC) tabla 9 es notable por sus excelentes propiedades mecánicas que incluyen alta tenacidad y buena resistencia a la termo fluencia. Es uno de los mejores termoplásticos por su resistencia al calor; puede usarse a temperaturas cercanas a los 250 T (125 °C). Además, es transparente y resistente al fuego. Sus aplicaciones incluyen partes moldeadas de maquinaria, receptáculos para máquinas de negocios, impulsores de bombas y cascos de seguridad. También se usa ampliamente como barniz (para ventanas y puertas).

TABLA 9 Policarbonato

Polímero representativo Policarbonato [C3H6(C6H4)2 CO4]n

Símbolo PC


Grado de Cristalinidad Amorfo



Elongación 110 %





POLIÉSTERES Los poliésteres forman una familia de polímeros caracterizados por sus enlaces de Ester (CO-O). Pueden ser termoplásticos o termo fijos, dependiendo si ocurre el encadenamiento transversal. Un ejemplo representativo de los poliésteres termoplásticos es el tereftálato de polietileno TPE (PET en inglés), los datos para

este compuesto se presentan en la tabla IO Puede ser amorfo o parcialmente cristalizado (arriba de WA<). Dichos sistemas dependen de la velocidad del enfriamiento después del conformado. El enfriamiento rápido favorece el estado amorfo altamente transparente. Sus aplicaciones significativas incluyen envases moldeados por soplado para bebidas, películas fotográficas y cintas para grabadora magnética, además, el PET posee una amplia gama de utilidades como fibra para muebles. Las fibras de poliéster tienen una baja absorción de la humedad y buena recuperación a las deformaciones, ambas propiedades las hacen ideales para ropa de lavar y usar que resiste el arrugamiento. Se usan también ampliamente las fibras PET mezcladas con algodón o lana. Las marcas registradas familiares para las fibras de poliéster incluyen el Dacrón (DuPont), el Fortrel (Celanese) y Kodel (Eastman Kodak).

TABLA 10 Poliésteres (Termoplásticos)

Polímero representativo Tereftálato de polietileno (C2H4-C8H4O4) n

Símbolo PET (TPE)


Grado de Cristalinidad De Amorfo a 30% de Cristalinidad



Elongación 200 %




Participación Aproximada en el Mercado Cerca del 2 %

POLIETILENO El polietileno (PE) se sintetizó por primera vez en la década de los treinta, y actualmente representa el volumen de consumo más grande de todos los plásticos. Las características que hacen tan atractivo al polietileno como material de ingeniería son: bajo costo, pasividad química y fácil procesamiento. Se encuentra disponible en varios grados, los más comunes son el polietileno de baja densidad PEBD (LDPE en inglés) y el polietileno de alta densidad PEAD (HDPE en inglés). El de baja densidad es un polímero altamente ramificado con baja cristalinidad y densidad. Sus aplicaciones incluyen hojas, películas y aislamiento para alambres. El-HQPE tiene una estructura lineal, con mayor cristalinidad y densidad, estas diferencias lo hacen al más rígido y fuerte y le dan una mayor temperatura de fusión. El HDPE se usa para producir botellas, tubos y artículos domésticos. Ambos grados pueden procesarse por la mayoría de los métodos de conformado de polímeros (capítulo 15). Las propiedades de los dos grados se dan en la tabla 11

TABLA 11 Polietileno

Polímero representativo Polietileno (C2H4) n Símbolo LDPE (PEBD) HDPE (PEAD)

Método de Polimerización Adición Adición

Grado de Cristalinidad 55% Típico 92% Típico

Módulo de Elasticidad 20000 lb/pulg2 100000 lb/pulg2 (150Mpa) (700Mpa)

Resistencia a la Tensión 2000 lb/pulg2 4000 lb/pulg2 (15Mpa) (30Mpa)

Elongación 100 a 500 % 20 a 100 %

Gravedad específica 0.92 0.96

Temperatura de Transición Vítrea -148 0F (-100 0C) -175 0F (-115 0C)

Temperatura de Fusión 240 0F (115 0C) 275 0F (135 0C)

Participación Aproximada en el Mercado Cerca del 20 % Cerca del 15 %

POLIPROPILENO Desde su introducción en 1950, el polipropileno (PP) se ha convertido en un plástico de mayor uso, especialmente para el moldeo por inyección. El polipropileno puede sintetizarse en cualquiera de las tres estructuras: isotáctica, sindiotáctica o atáctica, pero la primera es la de mayor importancia a causa de su alta relación de resistencia al peso, tabla 12. El polipropileno se compara frecuentemente con el polietileno debido a su costo y a que muchas de sus propiedades son similares. Sin embargo, el punto de fusión más alto del polipropileno permite usarlo en ciertas aplicaciones que no son posibles con el polietileno, como por ejemplo componentes que necesitan esterilizarse. Otras aplicaciones son partes moldeadas por inyección para automóviles y aparatos domésticos, así como productos de fibra para alfombras. Una aplicación especial que se da especialmente al polipropileno son las bisagras de una sola pieza que pueden sujetarse a un gran número de ciclos de flexión sin que ocurran fallas o fracturas. TABLA 12 Polipropileno

Polímero representativo Polipropileno (C3H6) n Símbolo PP


Grado de Cristalinidad Alto pero varía con el procesamiento

Módulo de Elasticidad 200000 lb/pulg2 (1400Mpa)


Elongación De 10 a 500 % dependiendo de los aditivos


Temperatura de Transición Vítrea -4 0F (-20 0C)



POLIESTIRENO Hay varios polímeros, copolímeros y terpolímeros basados en el monómero de estireno (CHHS), de los cuales el poliestireno (PS) se usa en mayor volumen, tabla I3. Es un homopolímero lineal con estructura amorfa, notable por su fragilidad. El PS es transparente, fácilmente coloreable y moldeable, pero se degrada a temperaturas elevadas y se disuelve en varios solventes. Debido a su fragilidad algunos grados del poliestireno contienen de 5 a 15% de hule y se les conoce con el nombre de poliestireno de alto impacto PSAI (HIPS en inglés). Poseen alta tenacidad pero reducida transparencia y resistencia a la tensión. Además de sus aplicaciones en el moldeado por inyección (por ejemplo, juguetes moldeados y utensilios domésticos), el poliestireno también se utiliza en empaques bajo la forma de espumas de poliestireno. TABLA 13 Poliestireno

Polímero representativo Poliestireno (C8H8) n Símbolo PS





Elongación 1 %





CLORURO DE POLIVINILO El cloruro de polivinilo (PVC) tabla 14, es un plástico de uso muy difundido cuyas propiedades pueden variar por combinación de aditivos con el polímero. Se usan en particular los plastificantes para lograr termoplásticos que van desde el PVC rígido (sin plastificante) hasta el PVC flexible (alta proporción de plastificante). Los plastificantes efectúan estos cambios a través de la reducción de la temperatura de transición vítrea. El rango de propiedades hacen del PVC un polímero versátil, porque sus aplicaciones incluyen tubos rígidos (usados en la construcción, los sistemas de agua y el drenaje, así como en irrigación), accesorios, aislamiento de cables y alambres, películas, hojas, empaque de alimentos, pisos y juguetes. El PVC solo es relativamente inestable al calor y a la luz, por lo cual se le añaden estabilizadores para mejorar su resistencia a estas condiciones ambientales. Se debe tener cuidado en el manejo y producción del monómero de cloruro de vinilo que se usa para polimerizar el PVC debido a su naturaleza cancerígena.

TABLA 14 Cloruro de Polivinilo

Polímero representativo Cloruro de Polivinilo (C2H3Cl) n Símbolo PVC





Elongación 2 %


Temperatura de Transición Vítrea 178 0F (81 0C) sin plastificar



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