Transcript plasticos - Ciencia de los Materiales

PLASTICOS
ACRILATOS
ARAMIDAS
CELULOSA
NILON
POLICARBONATO
POLIESTER
POLIURETANO
POLIETILENO
POLIPROPILENO
POLIIMIDAS
P.V.C
RESINAS EPOXI
ABS
HISTORIA DEL PLASTICO
El primer plástico se origina como
resultado de un concurso realizado en
1860 en los Estados Unidos, cuando se
ofrecieron 10.000 dólares a quien
produjera un sustituto del marfil (cuyas
reservas se agotaban) para la
fabricación de bolas de billar. Ganó el
premio John Hyatt, quien inventó un tipo
de plástico al que llamó celuloide.
HISTORIA DEL PLASTICO
• El celuloide se fabricaba disolviendo
celulosa, un hidrato de carbono obtenido de
las plantas, en una solución de alcanfor y
etanol. Con él se empezaron a fabricar
distintos objetos como mangos de cuchillo,
armazones de lentes y película
cinematográfica. Sin el celuloide no hubiera
podido iniciarse la industria cinematográfica
a fines del siglo XIX. El celuloide puede ser
ablandado repetidamente y moldeado de
nuevo mediante calor, por lo que recibe el
calificativo de termoplástico.
HISTORIA DEL PLASTICO
• En 1907 Leo Baekeland inventó la baquelita, el
primer plástico calificado como termofijo o
termoestable: plásticos que puede ser fundidos y
moldeados mientras están calientes, pero que no
pueden ser ablandados por el calor y moldeados
de nuevo una vez que han fraguado. La baquelita
es aislante y resistente al agua, a los ácidos y al
calor moderado. Debido a estas características se
extendió rápidamente a numerosos objetos de uso
doméstico y componentes eléctricos de uso
general.
HISTORIA DEL PLASTICO
• Los resultados alcanzados por los primeros
plásticos incentivó a los químicos y a la industria
a buscar otras moléculas sencillas que pudieran
enlazarse para crear polímeros. En la década
del 30, químicos ingleses descubrieron que el
gas etileno polimerizaba bajo la acción del calor
y la presión, formando un termoplástico al que
llamaron polietileno (PE). Hacia los años 50
aparece el polipropileno (PP). Al reemplazar en
el etileno un átomo de hidrógeno por uno de
cloruro se produjo el cloruro de polivinilo (PVC),
un plástico duro y resistente al fuego,
especialmente adecuado para cañerías de todo
tipo.
HISTORIA DEL PLASTICO
• Al reemplazar en el etileno un átomo de hidrógeno
por uno de cloruro se produjo el cloruro de polivinilo
(PVC), un plástico duro y resistente al fuego,
especialmente adecuado para cañerías de todo tipo.
Al agregarles diversos aditivos se logra un material
más blando, sustitutivo del caucho, comúnmente
usado para ropa impermeable, manteles, cortinas y
juguetes. Un plástico parecido al PVC es el
politetrafluoretileno (PTFE), conocido popularmente
como teflón y usado para rodillos y sartenes
antiadherentes. Otro de los plásticos de uso intenso
porque resiste a todo tipo de solventes.
HISTORIA DEL PLASTICO
• Otro de los plásticos desarrollados en los años 30 en
Alemania fue el poliestireno (PS), un material muy
transparente comúnmente utilizado para vasos, potes y
hueveras. El poliestireno expandido (EPS), una espuma
blanca y rígida, es usado básicamente para embalaje y
aislante térmico. También en los años 30 se crea la primera
fibra artificial, el nylon. Su descubridor fue el químico Walace
Carothers, que trabajaba para la empresa Du Pont.
Descubrió que dos sustancias químicas como el
hexametilendiamina y ácido adípico podían formar un
polímero que bombeado a través de agujeros y estirados
podían formar hilos que podían tejerse. Su primer uso fue la
fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas
estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial,
HISTORIA DEL PLASTICO
• extendiéndose rápidamente a la industria textil
en la fabricación de medias y otros tejidos
combinados con algodón o lana. Al nylon le
siguieron otras fibras sintéticas como por
ejemplo el orlón y el acrilán.
• En la presente década, principalmente en lo
que tiene que ver con el envasado en botellas
y frascos, se ha desarrollado vertiginosamente
el uso del tereftalato de polietileno (PET),
material que viene desplazando al vidrio y al
PVC en el mercado de envases
PLASTICOS
NYLON 10
El nylon (de la marca comercial registrada: nylon®) es
un polímero artificial que pertenece al grupo de las
poliamidas.
Se genera formalmente por policondensación de un
diácido con una diamina.
La cantidad de átomos de carbono en las cadenas de la
amina y del ácido se puede indicar detrás de los
iniciales de poliamida.
El más conocido, el PA6.6 es por lo tanto el producto
formal del ácido butandicarboxílico (ácido adípico) y la
hexametilendiamina.
PLASTICOS
NYLON 11
El descubridor del nylon y quien lo patentó primeramente fue
Wallace Hume Carothers.
El descubrimiento fue el día 28 de febrero de 1935, pero no
fue patentado hasta el 20 de septiembre de 1938 .
A la muerte de éste, la empresa DuPont conservó la patente.
Los Laboratorios DuPont, en 1938, produjeron esta fibra
sintética fuerte y elástica, que reemplazaría en parte a la seda
y el rayón
PLASTICOS
NYLON 12
Con este invento, se revolucionó en 1938 el mercado de
las medias, con la fabricación de las medias de nylon,
pero pronto se hicieron muy difíciles de conseguir,
porque al año siguiente los Estados Unidos entraron en
la Segunda Guerra Mundial y el nylon fue necesario
para hacer material de guerra, como cuerdas y
paracaídas.
Pero antes de las medias o de los paracaídas, el primer
producto de nylon fue el cepillo de dientes con cerdas
de nylon. Las primeras partidas llegaron a Europa en
1945.
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NYLON 13
El nylon es una fibra textil elástica y resistente, no la
ataca la polilla, no precisa planchado y se utiliza en la
confección de medias, tejidos y telas de punto, también
cuerdas y sedales.
El nylon moldeado se utiliza como material duro en la
fabricación de diversos utensilios, como mangos de
cepillos, peines, barras, es mecanizable, etc.
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NYLON 14
La viscosidad de fundido es muy baja, lo que puede
acarrear dificultades en la transformación industrial, y su
exposición al intemperie puede causar fragilización y
cambio de color, a menos que haya estabilización o
protección previa.
Al nylon se le puede agregar fibra de vidrio para
proporcionar un incremento en la rigidez.
Es un polímero cristalino ya que se le da un tiempo para que
se ordene y se enfríe lentamente, siendo por esto muy
resistente.
PLASTICOS
NYLON 15
Las cadenas de nylon con un número par de átomos de
carbono entre los grupos amida son más compactas y sus
puntos de fusión serán más altos que los nylons con un
número impar de átomos de C. El punto de fusión disminuye
y la resistencia al agua aumenta a medida que aumenta el
número de grupos metileno entre los grupos amida.
Punto de fusión y solubilidad
El nylon es soluble en fenol, cresol y ácido fórmico. Su punto de
fusión es de 263 °C.
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NYLON 16
El nylon 6,6 tiene un monómero, que se repite n veces ( 25),
cuanto sea necesario para dar forma a una fibra.
El primer 6 que acompaña al nylon nos dice el número de
carbonos de la amida y la segunda cifra es el número de
carbonos de la cadena ácida.
El nylon 6,6 se sintetiza en el laboratorio por condensación, a
partir del monómero cloruro de adipoilo y el monómero
hexametilén diamina.
En una planta industrial de nylon, se fabrica generalmente
haciendo reaccionar el ácido adípico (derivado del fenol) con la
hexametiléndiamina (derivado del amoníaco).
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Estado
El nylon es una fibra, generalmente de alta densidad. La
organización de las moléculas y el enfriamiento cuidadoso
con que se hace para este fin, determina que el polímero
sea cristalino
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NYLON 18
Kevlar y Nomex
Las aramidas pertenecen a una familia de nylons,
incluyendo el Nomex y el Kevlar.
El Kevlar se utiliza para hacer objetos tales como chalecos
a prueba de balas y neumáticos de bicicleta resistentes a
las pinchaduras.
Las mezclas de Nomex y de Kevlar se utilizan para hacer
ropas anti-llama.
El Nomex es el que protege de morir quemados a los
conductores de grandes camiones y de tractores, en el
caso de que sus trajes se incendien.
Las mezclas de Nomex-Kevlar también protegen a los
bomberos.
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El Nomex, por otra parte, posee grupos meta-fenileno, es
decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en las
posiciones 1 y 3.
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NYLON 20
Kevlar y Nomex
El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los grupos
amida están separados por grupos para-fenileno, es
decir, los grupos amida se unen al anillo fenilo en
posiciones opuestas entre sí, en los carbonos 1 y 4. El
Kevlar se muestra en la figura
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NYLON 21
El Kevlar es un polímero altamente cristalino.
Llevó mucho tiempo encontrar alguna aplicación útil
para el Kevlar, dado que no era soluble en ningún
solvente.
Por lo tanto, su procesado en solución estaba
descartado.
No se derretía por debajo de los 500 °C, de modo que
también se descartaba el hecho de procesarlo en su
estado fundido.
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NYLON 22
El Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una
poliamida sintetizada por primera vez en 1965 por la química
Stephanie Kwolek, quien trabajaba para DuPont. La obtención
de las fibras de Kevlar fue complicada, destacando el aporte
de Herbert Blades, que solucionó el problema de qué
disolvente emplear para el procesado. Finalmente, DuPont
empezó a comercializarlo en 1972. Es muy resistente y su
mecanización resulta muy dificil.
Esencialmente hay dos tipos de fibras de Kevlar: Kevlar 29 y
Kevlar 49.
El Kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de su
fabricación. Se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus
buenas propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus
aplicaciones está la fabricación de cables, ropa resistente (de
protección) o chalecos antibalas
PLASTICOS
CELULOSA 23
La celulosa es uno de los muchos polímeros
encontrados en la naturaleza.
La madera, el papel y el algodón contienen celulosa.
La celulosa es una excelente fibra.
La madera, el algodón y la cuerda de cáñamo están
constituidas de celulosa fibrosa.
La celulosa está formada por unidades repetidas del
monómero glucosa. Ésta es la misma glucosa que su
cuerpo metaboliza para vivir, pero usted no puede
digerirla en la forma de celulosa.
La celulosa está constituída por un monómero del
tipo de los azúcares, se la denomina polisacárido.
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CELULOSA 24
La celulosa ocupa un lugar importante en la historia de
los polímeros porque fue utilizada para hacer algunos de
los primeros polímeros sintéticos, tales como:
nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón.
NITRATO DE CELULOSA :
El nitrato de celulosa, también llamado pólvora de
algodón, resulto ser un poderoso explosivo, pronto
sustituyo a la pólvora común en la fabricación de balas.
Es un termoplástico y reemplazo a las bolas de billar de
marfil, también se uso como fibra, en reemplazo de la
seda, y con el se hiceron las primeras laminas
transparentes para pegar los vidrios en los parabrisas
sándwich.
El celuloide fue otro de los productos, nació junto con
el desarrollo del cine.
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CELULOSA 25
ACETATO DE CELULOSA, con el se pueden hacer todas
las mismas cosas que con el Nitrato, pero no explota, ni
se prende fuego.
El Acetato reemplazó al Nitrato en todo, debido a su
peligrosidad.
RAYON ( XANTATO DE CELULOSA) , Se utiliza como
fibra, con ella se hacen las famosas camisas hawaianas,
es una fibra brillante, que se usa para hacer ropa de
rayón, reemplaza a la seda.
PLASTICOS
POLIPROPILENO 26
El polipropileno es uno de esos polímeros versátiles que
andan a nuestro alrededor.
Cumple una doble tarea, como plástico y como fibra.
Como plástico se utiliza para hacer cosas como envases
para alimentos capaces de ser lavados en un lavaplatos.
Esto es factible porque no funde por debajo de 160 °C.
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POLIPROPILENO 27
El polipropileno
Como fibra, el polipropileno se utiliza para hacer
alfombras de interior y exterior, la clase que usted
encuentra siempre alrededor de las piscinas y las
canchas de mini-golf.
Funciona bien para alfombras al aire libre porque es
sencillo hacer polipropileno de colores y porque el
polipropileno, a diferencia del nylon, no absorbe el agua
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POLIPROPILENO
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El polipropileno
Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al
polietileno, sólo que uno de los carbonos de la unidad
monomérica tiene unido un grupo metilo.
El polipropileno se puede hacer a partir del monómero
propileno.
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POLIESTER
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Los poliésteres pueden ser tanto plásticos como fibras.
Otro lugar en donde se encuentra poliéster es en los
globos. No los baratos que se utilizan como bombitas de
carnaval, ésos se hacen de caucho natural. Estoy
hablando de los elegantes . Éstos se hacen de una
película de poliester hecha por DuPont llamada Mylar.
Los globos se hacen con una mezcla compuesta por
Mylar y papel de aluminio.
Los productos como éstos, hechos de dos clases de
materia prima, se llaman compósitos.
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POLIESTER
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Los poliésteres son los polímeros, en forma de fibras,
que fueron utilizados en los años '70 para confeccionar
toda esa ropa maravillosa que se usaba en las confiterías
bailables.
Las formidables botellas plásticas irrompibles que
contienen su gaseosa.
Otro lugar en donde se encuentra poliéster es en los
globos.
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POLIESTER 31
FIBRAS
Los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonadas que
contienen uniones éster, de ahí su nombre.
Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde
el átomo de oxígeno del grupo carbonilo tiene una carga
negativa y el átomo de carbono del carbonilo tiene una carga
positiva. Las cargas positivas y negativas de los diversos
grupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los
grupos éster de cadenas vecinas se alineen entre sí en una
forma cristalina y debido a ello, den lugar a fibras resistentes.
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POLIESTER 32
LAS BOTELLAS
Esta estructura se denomina
poli (etilén tereftalato) o PET para abreviar,
porque se compone de grupos etileno y grupos
tereftalato..
El inventor que descubrió primero cómo hacer botellas de
PET fue Nathaniel Wyeth.
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LAS BOTELLAS
Hay dos preguntas sobre el PET : La primera es:
¿Por qué las botellas plásticas no son retornables, y en cambio sí lo son las
viejas botellas de vidrio?
Y la segunda que creo que todos se cuestionan es:
¿Porqué la pasta de maní viene en frascos de PET y la mermelada no?
Estas dos preguntas cautivantes, tienen la misma respuesta. La respuesta
es que el PET tiene una temperatura de transición vítrea demasiado baja,
es decir, la temperatura a la cual el PET se ablanda. El hecho de re-utilizar
una botella de gaseosa, requiere que la misma sea previamente
esterilizada antes de que se utilice otra vez. Esto significa lavarla a
temperaturas realmente altas, temperaturas demasiado elevadas para el
PET. El llenado de un frasco de mermelada también se realiza a altas
temperaturas. En las industrias, el material se vuelca dentro de los frascos
caliente, a temperaturas que harían que el PET se ablandara. Por eso este
polímero no es adecuado para frascos de mermelada.
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POLIESTER
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Hay una nueva clase de poliéster que representa justamente
lo que se necesitaba para los frascos de mermelada y las
botellas retornables. Es el poli (etilén naftalato) o PEN.
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POLIESTER 35
El PEN tiene una temperatura de transición de vítrea más alta
que el PET.
Ésa es la temperatura a la cual un polímero se ablanda. La
temperatura de transición vítrea del PEN es lo suficientemente
alta como para poder soportar el calor del lavado esterilizante
de las botellas, como el llenado de una jalea de frutillas
caliente.
El PEN soporta tan bien el calor que no es necesario que la
botella tenga que estar hecha exclusivamente con este
material.
Con sólo mezclar una pequeña cantidad de PEN con el PET
se logran botellas capaces de resistir el calor mucho mejor
que si estuvieran hechas sólo de PET.
PLASTICOS
POLIETILENO 36
El polietileno es probablemente el polímero que
más se ve en la vida diaria.
Es el plástico más popular del mundo.
Éste es el polímero que hace las bolsas de
almacén, los frascos de champú, los juguetes
de los niños, e incluso chalecos a prueba de
balas.
El polietileno es un polímero vinílico, hecho a partir del
monómero etileno
PLASTICOS
•
POLIETILENO 37
A veces algunos de los carbonos, en lugar de tener
hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas
cadenas de polietileno. Esto se llama polietileno
ramificado, o de baja densidad, o LDPE.
El polietileno
ramificado es más
barato y más fácil
de hacer.
LOW DENSITY POLIETILENE = LDPE
PLASTICOS
POLIETILENO 38
Cuando no hay ramificación, se llama polietileno lineal o
HDPE. El polietileno lineal es mucho más fuerte que el
polietileno ramificado.
El polietileno lineal se
produce normalmente
con pesos moleculares
en el rango de 200.000
a 500.000
HIGH DENSITY POLIETILENE = HDPE
PLASTICOS
POLIETILENO 39
• El polietileno con pesos moleculares de
tres a seis millones se denomina
polietileno de peso molecular ultra-alto,
o UHMWPE. El UHMWPE se puede
utilizar para hacer fibras que son tan
fuertes que sustituyeron al Kevlar para
su uso en chalecos a prueba de balas.
• Grandes láminas de éste se pueden
utilizar en lugar de hielo para pistas de
patinaje.
PLASTICOS
POLIETILENO 40
• Por ser un material tan versátil, tiene una
estructura muy simple, la más simple de
todos los polímeros comerciales. Una
molécula del polietileno no es nada más
que una cadena larga de átomos de
carbono, con dos átomos de hidrógeno
unidos a cada átomo de carbono.
PLASTICOS
POLICARBONATO 41
El policarbonato, o específicamente policarbonato de
bisfenol A, es un plástico claro usado para hacer
ventanas inastillables, que la GE fabrica y vende como
Lexan.
Lentes livianas para anteojos y otros que se fabrican con
otro policarbonato.
El policarbonato es una familia especial poliésteres
PLASTICOS
POLICARBONATO 42
El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato
en su cadena principal.
Lo llamamos policarbonato de bisfenol A, porque se
elabora a partir de bisfenol A y fosgeno.
Esto comienza con la reacción del bisfenol A con
hidróxido de sodio para dar la sal sódica del bisfenol A.
PLASTICOS
POLICARBONATO 43
Hasta ahora hemos estado hablando de sólo un policarbonato, el
policarbonato de bisfenol A.
Pero hay otro policarbonato por allí, ese que algunos de nosotros
vemos todo el tiempo. De hecho, algunos de nosotros, no vemos
nada sin la ayuda de este policarbonato.
Éste es el policarbonato que se utiliza para hacer lentes ultralivianas. Para las personas con vista realmente mala, si las lentes
fueran hechas de cristal, serían tan gruesas que serían demasiado
pesadas para usar.
Este nuevo policarbonato cambió todo eso. No sólo es mucho más
liviano que el cristal, sino que tiene un índice de refracción mucho
más alto. Eso significa que la luz se refracta más que en el cristal,
así que los cristales ya no necesitan ser tan gruesos.
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PLASTICOS
POLICARBONATO 44
Y qué es este nuevo policarbonato tan maravilloso? Es muy diferente
del policarbonato del bisfenol A. Se hace a partir de este monómero:
Se puede ver que tiene dos grupos alílicos en los
extremos. Estos grupos alílicos contienen
enlaces dobles carbono-carbono.
Esto significa que pueden polimerizar por una
polimerización vinílica por radicales libres.
PLASTICOS
POLICARBONATO 45
Hay una diferencia fundamental entre los dos tipos
de policarbonato descritos aquí, que debe ser
señalada.
El policarbonato de bisfenol A es un termoplástico.
Esto significa que puede ser moldeado en caliente.
Pero el policarbonato usado en anteojos es un
termorrígido. Los termorrígidos no funden y no
pueden moldearse nuevamente. Se utilizan para
hacer objetos realmente fuertes y resistentes al
calor.
PLASTICOS
POLICARBONATO 46
Obviamente, hay dos grupos alílicos en cada monómero.
Esos grupos se convertirán en parte de distintas
cadenas poliméricas. De esta forma, todas las cadenas
se unirán unas con otras para formar un material
entrecruzado parecido a éste:
Como se puede ver, los
grupos que contienen
carbonato (mostrados en
azul) forman los
entrecruzamientos entre
las cadenas poliméricas
(mostradas en rojo). Este
entrecruzamiento hace el
material muy fuerte, de
modo que no se romperá
tan fácilmente como el
cristal.
PLASTICOS
EPOXI 47
Estructura de epoxi prepolymer. n indica el número
de subunidades polimerizados y se encuentra en el
rango de 0 hasta casi 25.
Una resina epoxi o poliepóxido es un polímero
termoestable que se endurece cuando se mezcla con un
agente catalizador o "endurecedor".
Las resinas epoxi más frecuentes son producto de una
reacción entre epiclorohidrina y bisfenol-a.
PLASTICOS
EPOXI
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Los primeros intentos comerciales de producción tuvieron
lugar en 1927 en los EE. UU.
El mérito de la primera síntesis de una resina basada en
bisfenol-a lo comparten el Dr. Pierre Castan de Suiza y el
estadounidense Dr. S. O. Greenlee en 1936.
El trabajo del suizo fue licenciado por la compañía química
Ciba-Geigy, también suiza, que se convirtió rápidamente en
uno de los tres mayores fabricantes mundiales de resinas
epoxi, comercializándolas bajo el nombre de Araldite.
El trabajo del Dr. Greenlee fue a parar a una compañía
pequeña, que luego fue comprada por la Shell.
PLASTICOS
EPOXI 49
Adhesivos
A esta familia de adhesivos corresponden todos aquellos que están
bajo la marca Araldit.
Las resinas epoxídicas son un tipo de adhesivos llamados
estructurales o de ingeniería el grupo incluye el poliuretano, acrílico y
cianoacrilato.
Estos adhesivos se utilizan en la construcción de aviones,
automóviles, bicicletas, esquíes.
Sirven para pegar gran cantidad de materiales, incluidos algunos
plásticos, y se puede conseguir que sean rígidos o flexibles,
transparentes o de color, de secado rápido o lento.
En general, si el secado de un adhesivo epoxídico se realiza con
calor, será más resistente al calor y a los agentes químicos que si se
seca a temperatura ambiente.
La resistencia a la tracción de este tipo de adhesivos puede llegar a
superar los 350 kg/cm², lo que les convierte en el adhesivo más
resistente del mundo
PLASTICOS
EPOXI 50
Pinturas y acabados
El Epoxi se usa mucho en capas de imprimación, tanto para
proteger de la corrosión como para mejorar la adherencia de
las posteriores capas de pintura.
Las latas y contenedores metálicos se suelen revestir con
epoxi para evitar que se oxiden, especialmente en alimentos
ácidos, como el tomate.
Se usa como revestimiento termoconvertilbe (pintura en polvo
para productos que no esten expuestos a los rayos
ultravioletas),
También se emplea en decoraciones de suelos de alta
resistencia, como las terrazas,etc.
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 51
Se denomina 'fibra de carbono' a un compuesto no
metálico de tipo polimérico, integrado por una fase
dispersante que da forma a la pieza que se quiere fabricar
normalmente alguna resina y una fase dispersa, un refuerzo
hecho de fibras, en este caso, de carbono y cuya materia
prima es el poliacrilonitrilo.
Es un material muy caro, de propiedades mecánicas
elevadas y muy liviano.
Al igual que la fibra de vidrio, es un caso común de
metonímia, en el cual se le da al conjunto todo el nombre de
una parte, en este caso el nombre de las fibras que lo
refuerzan.
.
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 52
Al tratarse de un material compuesto, en la mayoría de los
casos, aproximadamente un 75%, se utilizan polímeros
termoestables.
El polímero es habitualmente resina epoxi, de tipo
termoestable aunque otros polímeros, como el poliéster o el
viniléster también se usan como base para la fibra de
carbono aunque están cayendo en desuso.
Tela de fibra de carbono
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 53
Las propiedades principales de este material compuesto son:
Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad
elevado.
Baja densidad, en comparación con otros elementos como
por ejemplo el acero.
Elevado precio de producción.
Resistencia a agentes externos.
Gran capacidad de aislamiento térmico.
Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando
su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable.
Buenas propiedades ignífugas.
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 54
Las razones del elevado precio de los materiales realizados
en fibra de carbono se debe a varios factores:
El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un
caro y largo proceso de producción.
Este proceso se realiza a alta temperatura entre 1100 y
2500 °C en atmósfera de hidrógeno durante semanas o
incluso meses dependiendo de la calidad que se desee
obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar
algunas de sus características una vez se ha obtenido la
fibra.
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 55
El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de
creación de la pieza final, ya que se requiere de un complejo
utillaje especializado, como el horno autoclave.
Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y
automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde
sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes.
También se está haciendo cada vez más común en otros
artículos de consumo como patinetas, raquetas de tenis,
ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso
en joyería .
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 56
Estructura y propiedades
Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de
fibras de carbono.
Un filamento es un fino tubo con un diámetro de 5–8
micrónes y consiste mayoritariamente en carbono.
La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la
del grafito, consistente en láminas de átomos de carbono
arreglados en un patrón regular hexagonal ( alambre de
gallinero).
La diferencia recae en la manera en que esas hojas se
intercruzan.
El grafito es un material cristalino en donde las hojas se
sitúan paralelamente unas a otras de manera regular.
Las uniones químicas entre las hojas es relativamente débil,
dándoles al grafito su blandura y brillo característicos.
PLASTICOS
FIBRA DE CARBONO 57
La fibra de carbono es un material amorfo: las hojas de
átomos de carbono están azarosamente foliadas, o
apretadas, juntas. Esto integra a las hojas, previniendo su
corrimiento entre capas e incrementando grandemente su
resistencia.
Es conductor eléctrico y de baja conductividad térmica.
Al calentarse, un filamento de carbono se hace más
grueso y corto.
Naturalmente las fibras de carbono son negras, pero
recientemente hay disponible fibra coloreada.
PLASTICOS
TEFLON 58
El politetrafluoretileno (PTFE) es un polímero similar al
polietileno, en el que los átomos de hidrógeno han sido
sustituidos por átomos flúor.
La fórmula química del monómero, tetrafluoretileno, es
CF2=CF2. La formula del polímero se muestra en la siguiente
figura.
PLASTICOS
TEFLON 59
Bajo el nombre de Teflon, también llamado teflón en
algunas regiones, la multinacional DuPont comercializa
este y otros cuatro polímeros de semejante estructura
molecular y propiedades.
Entre ellos están la resina PFA (Perfluoroalcóxido) y el
copolímero FEP (Propileno Etileno Flurionado),
llamados Teflon-PFA y Teflon-FEP respectivamente.
PLASTICOS
TEFLON 60
Historia
El creador fue Roy J. Plunkett (1910-1994), nacido en Ohio,
graduado y doctor en química.
Fue contratado en 1936 (año de su doctorado) por la empresa
DuPont, en la que permaneció toda su vida laboral. Fue en 1938,
mientras trabajaba en el desarrollo de sustancias refrigerantes,
realizó el hallazgo. Plunket estaba buscando la manera de
producir cantidades de tetrafluoroetileno (TFE) suficientes como
para poder utilizarlas industrialmente. Tras construir una planta
piloto y obtener las cantidades necesarias pasó a realizar distintas
pruebas con el TFE obtenido.
Colocaba el TFE en cilindros refrigerados con CO2 sólido (nieve
carbónica).
Con la colaboración de su ayudante, Jack Rebok, estaba un
día vaporizando el contenido de un cilindro de TFE que
contenía unas dos libras de gas. Según se vaporizaba el gas
pasaba por unos
PLASTICOS
TEFLON 61
Historia
Según se vaporizaba el gas pasaba por unos medidores de flujo y
entraba en una cámara donde el TFE reaccionaba con otros
productos químicos.
Aquel día, poco después de comenzar el experimento, Jack
Rebok avisó a Plunkett de que algo no funcionaba bien. El flujo de
TFE se había detenido, pero el cilindro seguía conteniendo masa.
Al desmontar la válvula y abrir el cilindro encontraron en su interior
una sustancia blanca en forma de polvo.
Parecía que el TFE se había polimerizado dando lugar a este
polvo. Al caracterizarlo, Plunkett descubrió que era inerte a todos
los disolventes, ácidos y bases disponibles.
La DuPont se interesó por el descubrimiento de su científico e
incluyó el PTFE dentro de su sección de polímeros. Hoy, la marca
Teflon® es registrada por E.I. du Pont de Nemours and Company
y conocida mundialmente.
PLASTICOS
TEFLON 62
Propiedades
La virtud principal de este material es que es prácticamente inerte, no
reacciona con otras sustancias químicas excepto en situaciones muy
especiales. Esto se debe básicamente a la protección de los átomos y
partículas de flúor sobre la cadena carbonada.
Esta carencia de reactividad hace que su toxicidad sea prácticamente
nula, y es, de hecho, el material con el coeficiente de rozamiento más
bajo conocido.
Otra cualidad característica es su impermeabilidad, manteniendo
además sus cualidades en ambientes húmedos.
Es también un gran aislante eléctrico y sumamente flexible,
No se altera por la acción de la luz.
Es capaz de soportar temperaturas desde -270°C (3 K) hasta 300 °C
(573 K).
Su cualidad más conocida es la antiadherencia.
PLASTICOS
TEFLON 64
Uno de los primeros usos que se dio a este material fue en el
Proyecto Manhattan como recubrimiento de válvulas y como
sellador en tubos que contenían hexafluoruro de uranio (material
altamente radioactivo).
El PTFE tiene múltiples aplicaciones, aunque no se le dio salida en
un principio (no se empezó a vender hasta 1946). Algunas de ellas
se citan a continuación:
En revestimientos de aviones, cohetes y naves espaciales debido a
que es capaz de soportar grandes diferencias de temperatura.
En la industria se emplea en elementos articulados, ya que su
capacidad antifricción permite eliminar el uso de lubricantes como el
Krytox.
PLASTICOS
TEFLON 64
En medicina, aprovechando que no reacciona con sustancias o
tejidos y es flexible y antiadherente se utiliza para prótesis, creación
de tejidos artificiales y vasos sanguíneos, en incluso operaciones
estéticas (body piercing).
En electrónica, como revestimiento de cables o dieléctrico
de condensadores por su gran capacidad aislante y
resistencia a la temperatura.
PLASTICOS
TEFLON 65
Los capacitores o condensadores con dieléctrico de teflón se
utilizan en equipos amplificadores de sonido de alta calidad.
Son los que producen menores distorsiones de
audiofrecuencias. Un poco menos eficientes, les siguen los
de poliester metalizado (MKP).
En pinturas y barnices.
En estructuras y elementos sometidos a ambientes
corrosivos, así como en mangueras y conductos por los que
circulan productos químicos.
Como recubrimiento de balas perforantes. El teflón no tiene
efecto en la perforación del misil, sino que reduce el
rozamiento con el interior del arma para disminuir su
desgaste
PLASTICOS
ABS 66
Acrilonitrilo butadieno estireno
El Acrilonitrilo Butadieno Estireno o ABS es un copolimero en bloque muy
resistente al impacto (golpes) muy utilizado en automoción y otros usos tanto
industriales como domésticos.
Es un termoplástico amorfo.
Se le llama plástico de ingeniería, debido a que es un plástico cuya elaboración y
procesamiento es más complejo que los plásticos comunes, como son las
polioleofinas (polietileno, polipropileno).
PLASTICOS
ABS 67
Los bloques de acrilonitrilo proporcionan rigidez,
resistencia a ataques químicos y estabilidad a alta
temperatura así como dureza, propiedades muy
apreciadas en ciertas aplicaciones como son equipos
pesados o aparatos electrónicos.
Los bloques de butadieno, que es un elastómero,
proporcionan tenacidad a cualquier temperatura.
Esto es especialmente interesante para ambientes fríos,
en los cuales otros plásticos se vuelven quebradizos.
PLASTICOS
ABS 68
El bloque de estireno aporta resistencia mecánica y rigidez.
Esta mezcla de propiedades, llamada por los ingenieros
químicos : sinergia, indica que el producto final contiene
mejores propiedades que la suma de ellos.
El ABS es un ejemplo claro del diseño de materiales en
ingeniería química, que busca lograr compuestos de
materiales ya existentes en oposición a desarrollar
materiales completamente nuevos.
PLASTICOS
ABS
Características del ABS
El rasgo más importante del ABS es su gran tenacidad, incluso a baja
temperatura (sigue siendo tenaz a -40°C)
. Además es duro y rígido; resistencia química aceptable; baja absorción de agua,
por lo tanto buena estabilidad dimensional; alta resistencia a la abrasión; se
recubre con una capa metálica con facilidad.
El ABS se puede, en una de sus variantes, cromar por electrólisis dándole
distintos baños de metal a los cuales es receptivo.
Se pueden usar en aleaciones con otros plásticos. Así por ejemplo, el ABS con el
PVC da un plástico de alta resistencia a la llama que le permite encontrar amplio
uso en la construcción de televisores.
También se le puede añadir PTFE para reducir su coeficiente de fricción, o
compuestos halogenados para aumentar su resistencia al fuego.
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PLASTICOS
ABS 70
Características del ABS
El rasgo más importante del ABS es su gran tenacidad,
incluso a baja temperatura (sigue siendo tenaz a -40°C)
Además es duro y rígido.
Resistencia química aceptable.
Baja absorción de agua,por lo tanto buena estabilidad
dimensional.
Alta resistencia a la abrasión.
Se recubre con una capa metálica con facilidad.
PLASTICOS
PVC 71
El PVC es el producto de la polimerización del monómero de
cloruro de vinilo a policloruro de vinilo.
La resina que resulta de esta polimerización es la más versátil
de la familia de los plásticos; pues además de ser
termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos
rígidos y flexibles.
A partir de procesos de polimerización, se obtienen
compuestos en forma de polvo o pellet, plastisoles, soluciones
y emulsiones.
Además de su gran versatilidad, el PVC es la resina sintética
más compleja y difícil de formular y procesar, pues requiere
de un número importante de ingredientes y un balance
adecuado de éstos para poder transformarlo al producto final
deseado.
PLASTICOS
PVC 72
En 1930 B.F. Goodrich Chemical descubre que el PVC
absorbe plastificante y que al procesarse se transforma en
un producto flexible.
Este descubrimiento hizo posible el desarrollo comercial
inicial.
Posteriormente con el empleo de estabilizadores más
adecuados se hizo posible el desarrollo del mercado del
PVC rígido; estos dos importantes desarrollos permitieron
que el PVC se convirtiera en el termoplástico más versátil e
importante del mercado mundial.
PLASTICOS
Propiedades del PVC
PVC 73
Forma y Tamaño de la Partícula
Su forma es esférica y en algunos casos tiene similitud a la
de una bola de algodón. El tamaño varía según se trate de
resina de suspensión o de pasta. En el caso de la resina de
suspensión, el diámetro de la partícula va de 40 micrones
(resina de mezcla) a 80-120 micrones (resina de uso
general). En el caso de resina de pasta, el diámetro de la
partícula es de 0.8 a 10 micrones.
Porosidad de la Partícula
Es característica de cada tipo de resina. A mayor porosidad,
mayor facilidad de absorción del plastificante, acortándose
los ciclos de mezclado y eliminando la posibilidad de que
aparezcan “ojos de pescado” (fish eyes) en el producto
terminado.
PLASTICOS
PVC 74
PLASTICOS
PVC 75
PLASTICOS
PVC 76
Polibutadieno
-121
-
Policarbonato
152
225
Policloruro de vinilideno
-20
215
Policloruro de vinilo
80
205
Poliestireno táctico
100
235
-
235
Polietileno PEAD
-35 a -120
135
Polietileno PEBD
-35 a -120
105
80
265
Poliéter
Politereftalato de etileno (PET)
Politereftalato de etileno (PET)
Polipropileno
80
265
-15 a -25
160
PLASTICOS
CELULOSA 25
La reaccion de la celulosa con el ácido acético, da el
acetato de celulosa. Esta se utiliza como fibra. Es la
fibra usada para los vestidos de fiesta hechos con
acetato. Como termoplástico también se utiliza para
películas fotográficas. Previamente se había utilizado el
nitrato de celulosa, pero la combinación del nitrato
inflamable y de los bulbos calientes del proyector de
películas, acabó por causar incendios en muchas cines
El acetato de la celulosa fue la gran solución,
impidiendo que se quemaran los cines y manteniendo
en circulación durante más tiempo a las viejas
películas. Los nuevos films de poliéster hoy están
reemplazando al viejo celuloide.
Y por supuesto, como si el nitrato de celulosa no
tuviera ya suficientes problemas, el acetato de celulosa
lo sustituyó también en la fabricación de vidrios de