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Clasificación de Materiales

Universidad El Bosque

Diseño Industrial

Materiales y Procesos IV
Jorge Sarmiento
4to Semestre

Nicoll Fierro - Julian Cortés

Polimeros

 POLÍMEROS

Los polímeros se definen como macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas (monómeros) que se repiten a lo largo de toda una cadena.

Un polímero es como si uniésemos con un hilo muchas monedas perforadas por el centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas serían los monómeros y la cadena con las monedas sería el polímero.

La parte básica de un polímero son los monómeros, los monómeros son las unidades químicas que se repiten a lo largo de toda la cadena de un polímero, por ejemplo el monómero del polietileno es el etileno, el cual se repite x veces a lo largo de toda la cadena.

Polietileno = etileno-etileno-etileno-etileno-etileno-……

De acuerdo a su origen

• Polímeros Naturales

           

Los polímeros se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. El cuerpo humano contiene muchos polímeros naturales, tales como proteínas y ácidos nucleicos. Celulosa, otro polímero natural, es el principal componente estructural de las plantas. Mayoría de los polímeros naturales son polímeros de condensación, y en su formación a partir de monómeros de agua es un subproducto

Caracteristicas

Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero.
Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos.
Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas como fibras y telas.
Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucleicos.

• Polímeros Sintéticos

Los polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros naturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de la modificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón, los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos.

Clasificacion segun sus propiedades mecanicas:

POLIMEROS TERMOESTABLES

Los termoestables son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica. Una vez que son moldeados no se pueden volver a cambiar en la que a forma respecta, porque no se ablandan cuando se calientan, volviéndolos esto no reciclables. Son termoestables porque sus cadenas están interconectadas por medio de ramificaciones que son mas cortas que las cadenas principales. La energía calórica es la principal responsable del entrecruzamiento que da una forma permanente a este tipo de plásticos y es por esto que no pueden volver a procesarse. Los encontramos en la baquelita, el PVC y el plexiglás.

• POLÍMEROS DEL FENOL

                                                        

Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.

Propiedades físicas : la enorme diversidad de fenoles posibles hace imposible generalizar características físicas comunes a la clase

Propiedades Qumicas: Los fenoles pueden en general, reaccionar de dos maneras diferentes, en una, los cambios químicos se producen en el grupo hidroxilo y en la otra en el propio anillo bencénico.

Los fenoles tienen a diferencia de los alcoholes, un carácter mas ácido y pueden reaccionar con el hidróxido de sodio para formar una sal, el fenóxido de sodio. En este caso el ion sodio sustituye al hidrógeno del grupo hidroxilo.

• RESINAS POLIÉSTER

Las resinas poliéster se hacen principalmente a partir de los anhídridos maleico y ftálico con propilenglicol y uniones cruzadas con estireno. El uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales como los termoplásticos de alta resistencia, madera, acero al carbón, vidrio y acrílico, lámina, cemento, yeso, etc. Las industrias que más la utilizan son la automotriz, marina y la construcción.

Los poliésteres forman cadenas de moléculas de ácido y alcohol mediante una reacción de condensación, dando como subproducto agua. Cuando estas cadenas contienen enlaces no saturados, una molécula de estireno puede proporcionar el enlace cruzado. Los poliésteres se utilizan como material para moldes o para vaciado en una diversidad de aplicaciones eléctricas, laminados decorativos lanchas y equipo marino, como matriz de materiales compuestos como la fibra de vidrio, en pinturas para aviones y en las suelas de zapatos.

• RESINA EPOXI

Los epóxico son polímeros termoestables, formados por moléculas que contienen un anillo cerrado C-O-C. Durante la polimerización, los anillos C-O-C se abren y los enlaces son reacomodan para unir las moléculas.
Casi todas las resinas epóxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol alílico). Estas moléculas se polimerizan para producir cadenas y a continuación se les reaccionar con agentes que aceleran el curado que proporcionan los enlaces cruzados.

Propiedades: las más importantes son: alta resistencia a temperaturas hasta de 500°C, elevada adherencia a superficies metálicas y excelente resistencia a los productos químicos. Se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.
Los epóxidos se utilizan como adhesivos; partes moldeadas rígidas para aplicaciones eléctricas; Componentes automotores; tableros de circuito; artículos deportivos y como matriz para materiales compuestos para alto rendimiento, reforzados con fibra para uso aeroespacial.

• RESINAS MELAMÍNICAS (MF)

Se les puede considerar polímero de la cianamida. Se obtiene por condensación de la melanina y formaldehído. Son polvos blancos o incoloros, inodoros e insípidos, resisten las altas temperaturas mejor que otros amino plastos; estables a la luz y al calor; tienen gran facilidad de coloración y transparencia, excelentes propiedades dieléctricas. Sus cualidades mecánicas mejoran notablemente añadiendo otros agregados. Tienen buena resistencia química frente a los ácidos y bases débiles y resisten los disolventes orgánicos

Se emplean en la industria textil, en la confección de distintos tipos de tejidos, además, se usan como aislantes térmicos en forma de revestimiento de cocinas y refrigeradores. También en la preparación de adhesivos.

• RESINA POLIURETANO (PUR)

Las resinas de poliuretano son un producto industrial, a menudo utilizado en la fabricación de tintas, la formación de moldes, en plásticos y materiales adhesivos. Estas resinas son maleables, sus propiedades de dureza y elasticidad pueden alterarse, y una vez asentadas en su forma final, no vuelven a la forma que tenían originalmente.

Dependiendo del grado de enlaces cruzados, los uretanos se comportan como polímeros termoestables, como polímeros termoplásticos o como elastómeros. Estos polímeros encuentran aplicaciones como fibras, recubrimientos y espumas para muebles, colchones y aislamientos.

Aplicaciones

Las resinas de poliuretano tienen una amplia variedad de usos, tanto en bienes de consumo como con propósitos industriales. En bienes de consumo, estas resinas se hallan en tintas, pinturas, compuestos para modelado, compuestos adhesivos, barnices y otras capas protectoras. Se pueden producir en formas variadas, incluyendo formas duras, brillantes, coberturas resistentes a los solventes o ala abrasión y gomas resistentes a los solventes, como también fibras y espumas flexibles o rígidas. 

Propiedades

Las resinas de poliuretano se dividen en dos tipos, basándose en las propiedades de sus compuestos líquidos: isocitanos y polioles. En los Estados Unidos, las resinas de isocinatos se refieren como “resinas A“ o “iso“. La mezcla de polioles, que incluyen hidroxilos y otros aditivos, se conocen como “resinas B“ o “poli“.

POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS

• POLICLORURO DE VINILO PVC

El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil. Este se puede producir mediante cuatro procesos diferentes: Suspensión, emulsión, masa y solución.

Características:

•   Tiene una elevada resistencia a la abrasión, junto con una baja densidad (1,4 g/cm3), buena resistencia mecánica y al impacto, lo que lo hace común e ideal para la edificación y construcción.

• Al utilizar aditivos tales como estabilizantes, plastificantes entre otros, el PVC puede transformarse en un material rígido o flexible, característica que le permite ser usado en un gran número de aplicaciones.

•   Es estable e inerte por lo que se emplea extensivamente donde la higiene es una prioridad, por ejemplo los catéteres y las bolsas para sangre y hemoderivados están fabricadas con PVC, así como muchas tuberías de agua potable.

Aplicación:

•Automóvil .Paneles de puertas, tableros de mandos, perfiles embellecedores, cables eléctricos, juntas de ventanas, tapicerías, etc. 

•Electricidad y electrónica . cables eléctricos para uso doméstico e industrial, cajas de distribución, perfiles rígidos para cables, tubos, enchufes, etc. 

•Agricultura. Láminas para impermeabilización de balsas y canales para riego; tubos para riego y drenaje; mangueras; films para invernaderos, etc

•    POLIETILENO (PE)

Características:

(PE) es químicamente el polímero más simple. Material termoplástico blanquecino, de transparente a translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantes pueden obtenerse una gran

variedad de productos coloreados.

Propiedades mecanicas  
- Gran resistencia al choque y a la flexión
- Escaso desgaste
- Buenas propiedades de deslizamientoPropiedades termicas
- Puede soportar temperaturas de hasta 80 ºC, sin someterlo a grandes exigencias mecánicas
- Soporta temperaturas de hasta -200 ºC sin romperse
- Conductividad térmica muy baja
Absorcion de agua
- Hidrófugo. No muestra fenómenos de hinchamientoPropiedades de deslizamiento
- Tiene propiedades autolubricantes, especial-mente en la fricción seca deslizante con metales, tales como: acero, latón, cobre. Valor medio del coeficiente de fricción: 0.25

Aplicaciones:

Cables: Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa permisividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la máxima importancia.

Envases, vasijas y tubos:El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto en la industria para la manipulación de materias corrosivas como en el hogar para diversos líquidos. 

• POLITETRAFLUOROETILENO TEFLÓN

Caracteristicas:

El teflón o PTFE es un polímero en el que se repite la unidad (F2C-CF2).
Fue descubierto por casualidad por Roy J. Plunkett mientras trabajaba para la empresa Du Pont en 19938.

Propiedades:

Es capaz de resistir temperaturas de unos 300º C durante largos periodos sin apenas sufrir modificaciones.
Es resistente a la mayoría de los ácidos y las bases.
Es resistente (insoluble) a muchos disolventes orgánicos

Aplicaciones

Para fontanería:

El uso del teflón, como elemento para evitar las fugas en las uniones entre roscas, se va imponiendo poco a poco. En la actualidad se puede decir que, prácticamente, ha sustituido al esparto gracias, principalmente, a la limpieza que supone mientras que se realiza el trabajo, por la mejor presentación y su facilidad de aplicación

Para barras, tubos, placas y láminas:

el teflón es un material de alta tecnología para ser utilizado en condiciones extremas.
Por sus extraordinarias propiedades antiadherentes, resistencia a los químicos, temperaturas extremas y por tener el más bajo coeficiente de fricción comparado con cualquier elemento sólido, es un material que ofrece numerosas aplicaciones en todo tipo de industria.

• POLIACRILONITRILO RESINA ABS

Caracteristicas:

El ABS es un plástico más fuerte, por ejemplo, que el poliestireno debido a los grupos nitrilo. Estos son muy polares, así que se atraen mutuamente permitiendo que las cargas opuestas de los grupos nitrilo puedan estabilizarse.

Propiedades

Los materiales de ABS tienen importantes propiedades en ingeniería, como buena resistencia mecánica y al impacto combinado con facilidad para el procesado.

La resistencia al impacto de los plásticos ABS se ve incrementada al aumentar el porcentaje de contenido en butadieno pero disminuyen entonces las propiedades de resistencia a la tensión y disminuye la temperatura de deformación por calor.

Aplicaciones

Piezas de automóviles (tableros, paragolpes, etc.)

El ABS se caracteriza por ser un material muy fuerte y liviano, lo suficientemente fuerte como para ser utilizado en la fabricación de piezas para automóviles. El empleo de plásticos como ABS hace más livianos a los autos, lo que promueve una menor utilización de combustible

• METACRILATO

Polimetacrilato de metilo(PMMA), , también conocido por sus marcas comerciales como por ejemplo Policril o Plexiglas.

El metacrilato de metilocompuesto orgánico a partir del cual se obtiene el PMMA.

Propiedades:

El metacrilato presenta gran resistencia al ataque de muchos compuestos pero es atacado por otros, entre ellos: Acetato de etilo, acetona, ácido acético glacial, ácido sulfúrico bicromático, alcohol amílico, benzol, butanol, diclorometano, triclorometano (cloroformo), tolueno.

Aplicaciones: 

Es utilizado en la industria del automóvil, iluminación, cosméticos, espectáculos, construcción y óptica, entre muchas otras; y en aplicaciones múltiples, como señalización, cartelera o expositores.

POLÍMEROS ELASTOMEROS

• POLIBUTADIENO PB

El polibutadieno se obtiene a partir del 1,3-butadieno. El 1,3-butadieno es un dieno, es decir, un monómero que presenta dos dobles enlaces carbono-carbono en posición 1 y 3.

Fue uno de los primeros tipos de cauchos sintético, en ser inventados. Al igual que el poliisopreno es muy similar al caucho natural.

PROPIEDADES 

El polibutadieno es un caucho sintético de alta resistencia. Debido a su resistencia excepcional, que puede ser utilizado para la fabricación de pelotas de golf. La acumulación de calor es menor en los productos basados en caucho de polibutadieno sometidos a flexión repetida durante el uso. Esta propiedad conduce a su uso en los flancos de los neumáticos para automóviles y camiones. En la banda de rodadura, el polibutadieno tiene un lugar importante, ya que provee alta resistencia al desgaste y menos resistencia a la rodadura que cualquier otro elastómero.

Aplicaciones:

• Neumaticos de carreras: La fabricación de neumáticos consume en torno al 70% de la producción mundial de polibutadieno,en su gran mayoría alto-cis. 
• Pelota del Golf. La mayoría de las pelotas de golf actuales consisten en un núcleo elástico de polibutadieno rodeado de una capa de material duro y rígido.

• POLIISOPRENO (PIP O NR)

Es el caucho natural. Se puede sacar de la naturaleza (árbol Hevea brasilienis), pero además se puede sintetizar en el laboratorio aunque no es tan elástico como el natural.

Aplicaciones: suelos antideslizantes, juntas de dilatación y estanqueidad, pavimentos especiales, pinturas.

Caucho natural y cauchos sintéticos.

Cuando se calienta el látex o se le añade ácido acético, los hidrocarburos en suspensión, con pequeñas cantidades de otras sustancias se coagulan y pueden extraerse del líquido. El producto obtenido es el caucho bruto del comercio, viscoso y pegajoso, blando en caliente y duro y quebradizo en frío.

Propiedades

Las características del polímero crudo y las características vulcanizadas del poliisopreno sintético son similares a los valores obtenidos para el caucho natural. El caucho natural y el poliisopreno sintético ambos tienen una histéresis extensible y buenas características extensibles frente al calor.

• POLI (ESTIRENO-BUTADIENO-ESTIRENO) (SBR) 

El estireno-butadieno-estireno, frecuentemente abreviado SBS (del inglés Styrene-Butadiene-Styrene) es un elastómero termoplástico sintético obtenido mediante la polimerización de una mezcla de estireno y de butadieno

Propiedades:

El elastómero SBR es un sustituto del caucho natural. Su resistencia a la tracción después de

mezclado con negro de humo y vulcanizado es inferior a la del caucho natural, pero en cambio

tiene una elongación de hasta el 1000%.

Aplicaciones:

Los cauchos sintéticos suelen contener un 25% de estireno y un 75% de butadieno y sus

Aplicaciones incluyen en orden de importancia:

Neumáticos.

Espumas.

Empaques.

Suelas para zapatos.

Aislamiento de alambres y cables eléctricos.

Mangueras.

• POLIRETANO (PU)

Caracteristicas:

(PU) es un polímero  que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con isocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. 

Propiedades:

Capacidad de memoria" de un poliuretano flexible, es decir, a la resistencia a la deformación por  compresión mecánica. Un poliuretano de 25 mm de espesor puede aislar térmicamente un ambiente interno que permanecerá a 20 °C por una cara,

mientras que por el lado exterior de la cara pueden fluctuar -5 °C.

Aplicaciones:

son muy utilizados como aislantes térmicos y espumas resilientes, elastómeros durables, adhesivos y selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras, sellos, empaques, juntas, preservativos, partes automotrices, en la

industria de la construcción de muebles, Pinturas

Fibras textiles, Sellantes, Embalajes, Preservativos, Componentes de automóvil.

• POLIPROPILENO (PP) 

Caracteristicas:

polímero termoplástico, parcialmente semicristalino,  que se obtiene de polimerización del propileno en presencia de un catalizador estéreo especifico.Por la excelente relación entre sus prestaciones y su precio, el polipropileno ha sustituido gradualmente a materiales como el vidrio, los metales o la madera, así como polímeros de amplio uso general.

Propiedades:

Baja densidad Alta dureza y resistente a la abrasión Alta rigidez -Buena resistencia al calor -Excelente resistencia química -Excelente versatilidad-Mayor tendencia a ser oxidado -grado

de cristalinidad intermedio entre el polietileno de alta y el de baja densidad.

Aplicaciones:

Es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta

temperatura (microondas) o baja temperatura

(congelados). Autopartes, baldes, recipientes, botellas, muebles, juguetes, fibras y filamentos, fondo de alfombras, pañales, toallas higiénicas, ropa.

• POLIESTIRENO (PO) 

Caracteristicas:

polímero termoplástico, parcialmente semicristalino,  que se obtiene de polimerización del propileno en presencia de un catalizador estéreo especifico.Por la excelente relación entre sus prestaciones y su precio, el polipropileno ha sustituido gradualmente a materiales como el vidrio, los metales o la madera, así como polímeros de amplio uso general.

Propiedades:

Posee elasticidad-Cierta resistencia al ataque químico-Buena resistencia mecánica térmica y eléctrica.Baja densidad-las fuerzas intermoleculares son muy débiles y al calentar las cadenas pueden moverse unas con relación a otras y el polímero

puede moldearse.

Aplicaciones:

Juguetes, Carcasas de radio y televisión, Partes

del automóvil, Instrumental médico, Tapones de

botellas, contenedores, botellas, películas para envases de alimentos

• POLIESTER

Características:

Plástico termoestable obtenido por policondensaciones

entre poliácidos y polialcoholes. Los poliésteres . saturados termoplásticos tienen mucha aplicación en la industria textil, en el campo de las fibras sintéticas .

Propiedades:

Se adapta muy bien en mezclas con fibras naturales,  contribuyendo al fácil cuidado. Resistencia a la absorción muy buena. Producen carga electroestática. Poseen baja absorbencia de humedad. El poliéster

termoplástico más conocido es el PET.

Aplicaciones:

Como matriz para la construcción de equipos.

Tuberías anticorrosivas. Fabricación de

pinturas. Elaboración de los hilos para coser.

Fabricación de botellas de plástico.