Configuraciones de las Cadenas de Polímeros
Las configuraciones de las cadenas de polímeros incluyen isotáctica (grupos sustituyentes en el mismo lado de la cadena, resultando en materiales cristalinos), sindiotáctica (grupos alternando posiciones, dando lugar a materiales semicristalinos) y atáctica (posiciones aleatorias, resultando en polímeros amorfos). Estas configuraciones influyen en las propiedades y el precio de los polímeros. Los polímeros cristalinos son más resistentes y tienen mejor resistencia térmica que los amorfos.
Aditivos en la Formulación de Plásticos
En la formulación de plásticos, se añaden diversos aditivos para modificar y mejorar sus propiedades. Se clasifican en:
- a) Cargas y Refuerzos: Negro de humo, talco, fibra de vidrio, polímeros o grafito. Abaratan el producto y mejoran propiedades mecánicas.
- b) Plastificantes: Facilitan el procesado, reducen la temperatura de transición vítrea y mejoran flexibilidad, ductilidad y tenacidad.
- c) Colorantes: Pigmentos, tintes y moléculas inorgánicas (CdS, óxidos de cromo) para dar color y opacidad.
- d) Estabilizantes: Previenen el deterioro por oxidación y radiación UV.
- e) Retardantes de Llama: Aditivos ignífugos que interfieren en la combustión.
Procesamiento de Polímeros: Compresión, Inyección y Extrusión
Moldeo por Compresión
Una mezcla de polímeros y aditivos se coloca entre las piezas del molde, se calienta y se aplica presión. Adecuado para termoplásticos, termoestables y elastómeros.
Moldeo por Inyección
La mezcla se funde y se inyecta a alta presión en un molde. Ideal para termoplásticos.
Extrusión
Proceso continuo donde un termoplástico viscoso se moldea a través de una matriz. Se obtienen productos de sección transversal constante (varillas, tubos, láminas).
Materiales de Refuerzo: Vidrio, Carbono y Kevlar
Fibra de Vidrio
Composite con fibras en matriz plástica (poliéster). Tipos E (eléctrico) y S (alta resistencia). Usado en carrocerías, tuberías y depósitos.
Fibra de Carbono
Mayor resistencia y tenacidad con menor peso. Obtenida por calcinación de poliacrilonitrilo. Uso en industria automotriz y aeroespacial, con matriz epoxi.
Kevlar
Fibra de aramida (poliamida aromática) con alta resistencia a la tensión y rigidez. Aplicaciones antibalísticas, automotrices y aeroespaciales.
Propiedades de las Matrices en Materiales Compuestos
Las matrices deben mantener las fibras en posición, protegerlas, transmitir cargas y controlar propiedades químicas, eléctricas y térmicas. Propiedades necesarias incluyen ductilidad, elasticidad, resistencia a la erosión y térmica. Las matrices más comunes son poliméricas y metálicas. Para mejorar la adhesión, se pueden usar recubrimientos en las fibras (silanos en vidrio y carbono).
Dispersión y Composites
Composites Reforzados por Dispersión
Partículas <100 nm, homogéneamente distribuidas. Mejoran dureza y resistencia. Ej: Al-Al2O3, Ni-Cr-ThO2.
Composites con Partículas Grandes
Partículas grandes interactúan a nivel macroscópico. Restringen movimientos de la matriz y soportan fuerzas. Ej: caucho vulcanizado con negro de humo.
Tipos de Polímeros: Termoplásticos, Termoestables y Elastómeros
Termoplásticos
Cadenas se desenrollan y orientan con el esfuerzo. Recuperan forma al cesar el esfuerzo (elástico) o quedan desplazadas (plástico) si se supera el límite elástico.
Termoestables
Estructuras más rígidas, requieren mayor esfuerzo para deformarse. Módulos elásticos mayores que los termoplásticos.
Elastómeros
Cadenas largas permiten gran deformación elástica (hasta 1000%). Módulos de elasticidad muy bajos, poca deformación plástica antes de romper.
Isotropía en Materiales Compuestos
La isotropía se refiere a la uniformidad de propiedades en todas direcciones. Se logra con refuerzos distribuidos uniformemente y sin orientación preferencial (fibras cortas al azar, partículas dispersas).
Componente Resistente en Materiales Compuestos
En materiales reforzados por partículas grandes, estas resisten los esfuerzos. En materiales reforzados por fibras, las fibras soportan la mayor parte de los esfuerzos.
Temperaturas de Transición en Polímeros
Temperatura de Transición Vítrea (Tg)
Temperatura por debajo de la cual un polímero amorfo se vuelve rígido (vítreo).
Temperatura de Fusión (Tm)
Temperatura de cambio de estado ordenado a desordenado en polímeros semicristalinos y cristalinos.
Temperatura de Degradación (Td)
Temperatura de inicio de descomposición del polímero.