Polímeros
1. Definición de materiales poliméricos
Son materiales formados por cadenas moleculares largas, con pesos moleculares a partir de aproximadamente 1000 g/mol, formados al unir muchas unidades (meros o monómeros) mediante un enlace covalente, y son materiales orgánicos, con excepciones como las siliconas (base de Si).
2. Propiedades físicas básicas de materiales poliméricos
– Densidad baja
– Resistencia a corrosión (excepciones – solubles, biodegradables)
– Baja resistencia mecánica y alta ductilidad
– Aislantes eléctricos.
3. Material plástico
Es un polímero sintético con adiciones como rellenos colorantes, plastificantes… (bolsas de poliestireno)
4. Diferencia entre polímeros saturados e insaturados
En los polímeros saturados no podemos añadir más enlaces sin romper un enlace porque todos ya están activos, tienen enlaces simples y los insaturados tienen enlaces dobles o triples.
5. Fenómeno de isomería
Fenómeno de existencia de materiales poliméricos con la misma composición química y distinta disposición atómica.
6. Unidad monomérica
La parte de la cadena polimérica con enlaces activos que se repite en una macromolécula. (H-CH3x4(H-C-H
7. Monómero
Una molécula suelta que contiene solo una unidad monomérica.
8. Diferencia principal entre polímeros termoplásticos y termoestables
Al calentar los polímeros, los termoplásticos tienden a ablandarse o deformarse y los termoestables se descomponen.
9. Métodos básicos de polimerización
Adición: Se unen uno a uno para formar moléculas.
Condensación: Aleación química que forma un producto de bajo peso molecular.
10. Peso molecular medio numérico
Es la fracción de las moléculas en cada intervalo multiplicado por el valor promedio del peso molecular en este intervalo. Mn=Ei*xi*Mi.
11. Peso molecular medio másico
Es la suma de los productos de la fracción de las moléculas en un intervalo i por el peso promedio de i. Mw=Ei*Wi*Mi.
12. Grado de polimerización (numérico)
nn=Mn/m: Es el número medio de las unidades monoméricas en moléculas poliméricas. m: Peso molecular de la unidad monomérica
13. Rango típico de los valores del módulo de Young de los materiales poliméricos
100MPa – 10GPa (1 o 2 orden menor que los metálicos)
14. Rango típico de los valores de la resistencia a la tensión de los materiales poliméricos
10MPa – 100MPa (1 a 2 orden de menor magnitud que los metálicos)
15. Parámetro para definir la cristalinidad de los polímeros
La densidad (Material amorfo: Estructura menos ordenada => Menos densa) (Material cristalino: Estructura ordenada => Más densa). C(%)=Pc(P-Pa)/P(Pc-Pa)*100.
16. Polímeros con peso molecular del orden de 1000 g/mol a temperatura ambiente
Son normalmente sólidos.
17. Resistencia a la tracción de un polímero aumenta con
Disminución de temperatura y aumento de velocidad de deformación.
Materiales compuestos
1. Materiales compuestos
Los materiales compuestos son materiales que incorporan 2 o más fases (componentes), cuyas propiedades individuales se conservan en el material compuesto. Los compuestos muestran un nuevo conjunto de propiedades debido al funcionamiento conjunto de sus componentes.
2. Propiedades físicas básicas de los materiales compuestos
a)Alta resistencia mecánica (soportan cargas elevadas sin fractura). b)Alta rigidez o alto módulo de elasticidad (el esfuerzo provoca sólo pequeñas deformaciones elásticas y plásticas. c)Baja densidad (Mg-C, aplicaciones aeroespacial, deportiva,…). d)estabilidad a altas temperaturas (hasta 0.85-0.9 Tm !!!). e)Alta resistencia a la fatiga (soportan deformaciones periódicas, propagación de grietas)
3. Componentes principales de los materiales compuestos
1.Matriz y refuerzo: La mayoría de los casos: los componentes de los compuestos difieren geométricamente o en su distribución espacial: -Un componente se caracteriza por la continuidad sobre el volumen de material compuesto y se define como la matriz(metales, polímeros, cerámica). -El elemento discontinuo de un compuesto se define como refuerzo (fibras, partículas duras finamente dispersadas, tela,.. ) Exención: estructura laminar. 2.La interfaz: La tercera parte del material compuesto Interfaz (frontera) bien definida existe entre los componentes.
4. Diferencia entre los modos de funcionamiento de los compuestos reforzados con fibras y particulados
Fibras: Anisotrópicas (más resistencia de una cara=menos resistencia perpendicularmente a la fibras). Particulados: Isotrópico (aleatorias, presentan resistencia en todas sus direcciones vertical, transversal y longitudinal)
5. Aspectos geométricos
a)Compuestos reforzados por fibras: Las fibras de alta resistencia resisten la carga, la matriz une las fibras y redistribuye la carga. b)Compuestos particulados reforzados por partículas o endurecidos por dispersión: La matriz resiste la carga principal, el refuerzo crea la estructura que impide la deformación plástica de la matriz. No sólo la geometría, sino que los mecanismos de formación de alta resistencia son fundamentalmente diferentes en dos grupos básicos de compuestos.
6. Materiales típicos de las fibras de compuestos reforzados con fibras
a)Materiales inorgánicos: -Fibra de vidrio. -Fibra de polímero. -Fibra cerámica. b)Materiales orgánicos: -Fibra de carbono.
7. Abreviaciones siguientes significado
PMC: Compuestos con la matriz polimérica. MMC: Compuestos con las matriz metálica. CMC: Compuestos con la matriz cerámica y de carbono.
8. Porqué las fibras poseen la resistencia mecánica más alta que los materiales correspondientes macizos
Porque la resistencia de los materiales frágiles se determina por los defectos existenciales en la superficie.
9. Asumiendo que los diámetros de fibras son iguales ¿cuál de los materiales de fibras posee la resistencia más alta a la propagación de grietas?
(Material: Energía específica superficial, J/m2 y Young´s modulus, GPa): 1:100/200, 2:200/150, 3:60/100. Materiales 2 tiene resistencia más alta: 2*alfa pa arriba*E/Pi*o^2: Los dos términos se multiplican por tanto, el valor más alto, más alta tiene la resistencia.
10. Cuál es cierta?
a)Un materiales magnético duro presenta un alto campo coercitivo. b)La magnetización de remanencia és la magnetización máxima que se puede asumir. c)El campo coercitivo es el valor de campo al cual se asume la magnetización máxima del material. d)Un material magnético blando presenta un alto campo coercitivo.
11. Regla de mezclas para cualquier parámetro arbitrario del material compuesto
Pv=Vm*Pm+Vt*Pr.
12. Verdadero
La regla mezclas se aplica a la densidad de todos los materiales compuestos.
13. Falso
La regla de mezclas no se usa para calcular el módulo de Young de compuestos particulados pero se aplica al módulo de Young en una dirección arbitraria de materiales compuestos reforzados con fibras. Cambiar: Dirección arbitraria por Dirección axial a lo largo de las fibras.
Madera
1. Clasificación de la madera como un material compuesto
Material compuesto reforzado con fibras, complejo y multicomponente: -Fibras: microfibrillas de celulosa cristalina, que forman una parte de las células poliméricas tubulares largas, alineadas en una dirección. -Matriz: polimérica, hemicelulosa amorfa y lignina
2. Propiedades básicas de la madera
– Alta resistencia mecánica.
– Alta tenacidad.
– Material ligero.
– Material ecológico.
3. Componentes principales de la madera
-Fibras de celulosa (40-50%): polímero termoplástico, grado de polimerización, c.a. 10000.
-Hemicelulosa (25-35%): polímero con el grado de polimerización approx. 200.
-Lignina (20-30%): polímero (cemento) que une los elementos estructurales de madera.
-Extractivos (
4. Dependencia lineal del módulo de Young de madera con la densidad
Propiedades mecánicas de madera (módulo de Young y resistencia mecánica): son altamente anisotrópicas: -Las fibras cristalinas poliméricas están alineadas en la dirección longitudinal. -Las uniones entre las fibras en las direcciones tangencial y radial son relativamente débiles. El módulo de Young y la resistencia de la sustancia original (fibras de celulosa, material de las paredes) que constituye la madera (como la densidad) tiene el mismo valor para todas las maderas: ρs=1.5 g/cm3 Es ~ 40 GPa σs ~ 180 MPa El módulo de Young y la resistencia dependen: -De la densidad de madera de cada tipo. -Del tipo de madera. El valor del módulo de Young extrapolado a la densidad máxima (1.46 g/cm3) da los valores máximos aprox. 40 GPa Resistencia a compresión en la dirección longitudinal. El módulo de Young, el límite elástico y la resistencia en la dirección radial son 10 veces más bajos que en la dirección longitudinal. Los valores del módulo de Young son parecdios en los ensayos de flexión y compresión
5. Relación entre las propiedades de madera en compresión y flexión
Los módulos de Young son iguales, el módulo de rotura en flexión es menor que la resistencia en compresión.
6. Orientaciones típicas de cortes de los tableros de madera
Radial-Longitudinal
Concreto
7. Clasificación del concreto como un material compuesto
Material compuesto particulado en el cual las partículas de refuerzo (agregado) y la matriz (cemento) son materiales cerámicos. -Cementos hidráulicos: fraguan y se endurecen en presencia del agua. -Cementos no hidráulicos: no pueden endurecerse en el agua y requieren el aire para endurecimiento (la cal CaO). La reacción de cementación consiste en hidratación de los minerales
8. Componentes principales del concreto
Los ingredientes del cemento hidráulico: silicatos de calcio, óxido de hierro y aluminio CaO (60-65%), SiO2 (20-25%), Fe2O3+Al2O3 (7-12%) Abreviación en términos de cementos: C,S,F,A El aglutinante del cemento está compuesto de partículas pequeñas de minerales diversos en proporciones diversos: 3CaO•Al2O3,, 2CaO•SiO2, 3CaO•SiO2, 4CaO•Al2O3•Fe2O3 o C3A, C2S, C3S, C4AF
9. Efectos del contenido de agua en el mortero sobre la resistencia mecánica de concreto
El agua proporciona una matriz cerámica resistente a la compresión. -La cantidad de agua en exceso de cantidad mínima mejora la facilidad de trabajo con el concreto, pero se reduce la resistencia a compresión. -La cantidad de agua en exceso de cantidad mínima incrementa la contracción del concreto durante su fraguado y crea el riesgo de agrietamiento. -Existe la cantidad mínima del agua para garantizar la reacción química completa. Por debajo de este mínimo la resistencia disminuye y los cementos hidráulicos: fraguan y se endurecen en presencia del agua
10. Funciones principales de arena en concreto
1. Químicamente es un mineral sílice SiO2. 2. Tamaño típico de partículas 0.1-1.0 mm. 3. Ayuda llenar los huecos entre agregados gruesos. 4. Reduce problemas de desintegración durante congelamiento y descongelamiento repetidos. 5. Reduce la cantidad de cemento necesario para llenar los huecos. 6. Contiene cierta cantidad de agua absorbida que hay que tener en cuenta
11. Concreto reforzado
Por varillas, mallas o alambron de acero de alto módulo de Young y buena resistencia a la tensión. Por las fibras poliméricas Principio de funcionamiento- La carga (de tensión) se transfiere de concreto a refuerzo de acero o polimérico
12. Concreto presforzado
-Los refuerzos de concreto están en el estado estirado antes de colocarlos en el concreto. -Después del fraguado, el concreto impide la descarga de las fuerzas de tensión de las varillas y se queda bajo las fuerzas de compresión. -Los esfuerzos de compresión pre-existentes en el concreto presforzado permite esfuerzos de tensión más elevados. -Se usa a menudo los cementos de tiempo corto de fraguado, del Tipo III.
13. Concreto postensado
-Las varillas de acero o cables de refuerzo se meten dentro de los tubos de acero montados en el concreto y se estiran después de fraguado, ap
oyando en los tubos. -El concreto impide la descarga de las fuerzas de tensión de las varillas y se queda bajo las fuerzas de compresión. -Los esfuerzos de compresión pre-existentes en el concreto postensado permite esfuerzos de tensión más elevados. -Se puede usar los cementos de tiempo largo de fraguado y más resistentes
14.Asfalto: Asfalto es un material compuesto de partículas cerámicas y matriz polimérica. -Partículas: agregados –Matriz: bitumen – polímero termoplástico, que se obtiene de petróleo. -Aditivos: gasolina, queroseno, facilitan mezclado y aceleran fraguado después de aplicación. -Parámetros determinantes: -Características de agregados. -Características de aglutinante. -Cantidades relativas de agregados y aglutinante. -Aditivos. –Aglutinante (bitumen): une las partículas de agregados. -Un material polimérico de cadenas termoplásticas. -Un margen de temperaturas útiles estrecho: 0ºC – transición en el estado frágil Temperaturas de fusión relativamente bajas.(- Los granos redondeados Estructura ideal para el asfalto – La distribución estrecha de tamaños -Exceso de aglutinante reducen la resistencia de estructura) –Agregados: la mezcla de grava y piedras. -Deben estar limpios para garantizar un buen entrelazamiento con el aglutinante. -Deben ser resistentes. -Deben ser durables. -Deben tener una distribución de tamaños para mejorar el entrelazamiento entre las partículas y la compactación. -Deben ser angulares o angulares-redondos para mejorar entrelazamiento entre las partículas mismas y maximizar la superficie de contacto con el aglutinante.