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8. POLMEROS
Polmero estructuras moleculares de alto peso molecular, construidaspor repeticiones de unidades ms pequeas, meros (monmeros).
H H H H H H H H
CCCCCCCC cloruro de polivinilo (PVC) H Cl H Cl H Cl H Cl
unidad monomrica
Clasificacin de las molculas polimricas:
Caractersticas moleculares
Qumica Tamao Forma Estructura
unidad peso cadena plegada
monomrica molecular doblada
lineal ramificada entrecruzada reticulada
estados isomricos
estereoisomricos isomricos geomtricos
isotctico sindiotctico atctico Cis Trans
Tamao: Peso molecular medio Mw= wiMi
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Estructura Molecular
a) Polmeros lineales:(polietileno, cloruro de
polivinilo, poliestireno, etc.)
** cada crculo representauna unidad monomrica
b) Polmeros ramificados:(cloruro de polivinilo, poliestireno)
c) Polmeros entrecruzados:(caucho)
d) Polmeros reticulados:(epoxy)
Estados Isomricos
a) Estereoisomera H H H H H H H H
- Isotctica: CCCCCCCC
H R H R H R H R
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H H H R H H H R
- Sindiotctica: CCCCCCCC
H R H H H R H H
H H H H H R H H
- Atctica: CCCCCCCC H R H R H H H R
b) Isomera geomtrica (configuraciones de la cadena en unidadesmonomricas que tienen doble enlaces entre tomos de carbn).
Ejemplo: Isopropeno:
CH3 H CH3 CH2
C = C C = C
CH2
CH2
CH2
H
Cis (cis-isopropeno, caucho) Trans (tras-isopropeno, gutapercha)
Peso Molecular, Mny Mw
- Peso molecular medio numrico, Mn: se distribuyen las cadenas en una
serie de intervalos de tamao, y luego se determina la fraccin del
nmero total de cadenas correspondiente a cada intervalo de tamao.
Mn= xiMi
Mi, xi corresponden al peso molecular y a la fraccin del nmero total de
cadenas correspondiente al intervalo de tamao i, respectivamente.
- Peso molecular medio msico, Mw: peso de la fraccin de molculas
incluidas dentro de varios intervalos de tamaos.
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Mw= wiMi
wi corresponde al peso de la fraccin de molculas situadas dentro del
correspondiente intervalo de tamaos.
Principales tipos de polmeros
Termoplsticos: se deforman por calor (polietileno-PE,
polipropileno-PP, nylon, cloruro de polivinilo-PVC, etc.)
a) Plsticos:
Termoestables: forma permanente se obtiene por reaccin
qumica (resina epoxy, poliester-fibra de vidrio, fenol-
folmaldehido-bakelita, etc.)
b)
Elastmeros: cauchos, deformacin elstica no lineal (poli-isopropeno-goma natural, policloropropeno-neoprene, etc.)
c) Naturales: celulosa, proteinas, etc.
Propiedades mecnicas y termomecnicas
Los materiales polimricos presentan 3 tipos distintos de
comportamiento esfuerzo-deformacin: frgil, dctil y totalmenteelstico. En los polmeros, el mdulo de elsticidad, resistencia a la
traccin y ductilidad se determina de la misma forma que en las
aleaciones metlicas.
A: Polmero frgil
(poliestireno)
B: Material con ductilidad
(polipropileno)C: Totalmente elstico
(elastmeros)0
10
2030
40
50
60
70
0 2 4 6 8
Deformacin
Esfuerzo,
MPa
A
B C
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Influencia de la Temperatura:
Ejemplo:
Metacrilato
de metilo
Cristalinidad polimrica:
Ordenamiento (empaquetamiento) de cadenas moleculares para producir
una disposicin atmica ordenada.
Estructura cristalina y la
celda unidad del polietileno, ysu relacin con la estructura de
la cadena molecular.
Substancia moleculares constituidas por pequeas molculas son
cristalinas al estado slido y amorfas al estado lquido (agua, metano,
etc.)
Molculas polimricas, por su tamao y complejidad, son generalmente
semicristalinas con regiones cristalinas dispersas dentro de un material
amorfo.
0
20
40
60
80
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Deformacin
Esfuerzo,
MPa
4C
20C
30C40C
50C
60C 1.3
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Grado de cristalinidad, %: desde completamente amorfo a casi totalmente
cristalinas (95 %)
(( ))
(( ))c s a
s c a% cristalinidad 100
= =
s, a y c corresponden a las densidades del polmero al que se deseamedir la cristalinidad, del polmero totalmente amorfo y del polmero
totalmente cristalino, respectivamente.
El grado de cristalinidad depende de:
- velocidad de enfriamiento durante la solidificacin
-
configuracin de la cadena
Tcnicas de conformado
El procedimiento a utilizar depende de: tipo de material (termoplstico,
elastmero, etc.), de la temperatura de ablandamiento, la estabilidad del
material, la geometra y el tamao del producto.
Conformado de plsticos:
- moldeo por compresin
-
moldeo por transferencia- moldeo por inyeccin
- moldeo por extrusin
- moldeo por soplado
- colada
Conformado de elastmeros:
- Vulcanizacin: proceso de entrecuzamiento conseguida mediante una
reaccin qumica no reversible. Generalmente se agrega azufre alelastmero en caliente; los tomos de S unen cadenas vecinas formando
el entrecruzamiento.
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a) Extrusin de termoplsticos
b) Soplado de termoplsticos
aire comprimido
preforma producto soplado
matriz
c) Inyeccin de termoplsticos
presin
d) Moldeo por transferencia de termoestables
preforma no polmero fundido polimero inyectado polimerizado sin polimerizar empieza a polimerizarse
material olimrico
producto extruido
material olimricomolde
cmara de calentamiento
producto final
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e) Compresin de termoestables
placa punzn
guas
calentamiento y
enfriamiento
material a moldear
cavidad del molde
mbolo
molde
calentamiento y
enfriamiento