Mecanismos de Endurecimiento de Polímeros Termoplásticos

MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO DE POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS 

POLÍMEROS:

Los polímeros son largas cadenas de átomos de carbono unidos por enlaces covalentes. Están rodeados por átomos de H y eventualmente por átomos de N, O, y S. 

ESTRUCTURA:

Tienen estructura semicristalina o prácticamente desordenada. Se ve caracterizada por presentar normalmente una estructura desordenada, sin embargo, en ocasiones puede presentar una cristalinidad intermedia. 

CLASIFICACIÓN: Se clasiican en unci!n de las interacciones intercadena" # Termoplás ermoplásticos ticos"" interacci interacciones ones entre entre las cadenas cadenas más más d$biles d$biles % puentes puentes de H, H, &an &an der 'aals, dipolo#dipolo(. # Termoesta ermoestables" bles" interaccio interacciones nes entre entre las las cadenas cadenas más más uerte uertess %enlace %enlacess covalentes covalentes(. (.



POLÍMERO TERMOPLÁSTICO:

Los polímeros termoplásticos son a)uellos cuyas largas cadenas están unidas por interacciones d$biles. Estas cadenas se pueden deslizar unas respecto de otras produci$ndose la plasticidad %deormaci!n(. Los polímeros se deorman con la temperatura. temperatura. *ada *ada polímero tiene una temperatura vítrea determinada por encima de la cual el polímero es plástico y por deba+o de la misma es duro. La temperatura vítrea marca el límite entre temperaturas temperaturas donde el polímero puede deormarse. T  Tg Tg son blandos blandos y deormables T - Tg Tg son dur duros 

MECANISMOS DE DEFORMACIÓN DE LOS MATERIALES MATERIALES POLIMÉRICOS: # # #



eormaci!n elástica por la e/tensi!n de los enlaces enlaces covalentes de la cadena cadena principal de carbono. eormaci!n elástica o plástica  por un enderezamiento enderezamiento de las cadenas principales. principales. eormaci!n plástica por deslizamiento de las cadenas principales.

MECANISMOS DE ENDURECIMIENT ENDURECIMIENTO: O: # # # # # #

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Endurecim Endurecimiento iento debido debido a la masa molecular molecular promedio promedio de de las las cadenas cadenas del políme polímero. ro. Endurecim Endurecimiento iento por aumen aumento to del grado grado de crista cristalinida linidad d en un materia materiall termoplás termoplástico. tico. Endurecim Endurecimiento iento de los termoplás termoplásticos ticos mediante mediante la introduc introducci!n ci!n de de grupos grupos at!micos at!micos como ramiicaciones en las cadenas principales de carbono. Endurecim Endurecimiento iento mediante mediante enlace enlace de átomos átomos altame altamente nte polare polaress en la la cadena cadena princ principal ipal de de carbono. Endurecim Endurecimiento iento mediante mediante la introducc introducci!n i!n de átomos átomos de o/ígeno o/ígeno y carbo carbono no en la la cadena cadena  principal. Endurecim Endurecimiento iento mediante mediante la introducc introducci!n i!n de anillos anillos de enileno enileno en en la cadena cadena principa principall del polímero en combinaci!n con otros elementos como el O, N, y S en la cadena  principal. Endure Endurecim cimien iento to por por la la adic adici!n i!n de ibr ibras as de vidrio vidrio..

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E!"#eci$ieto !e%i!o a la $asa $olec"la# p#o$e!io !e las ca!eas !el pol&$e#o' La resistencia de un material termoplástico depende directamente del valor medio de las masas de las cadenas del polímero, ya )ue todas las cadenas no son iguales. Este m$todo es poco utilizado por)ue e/iste un valor crítico de masa molecular donde el endurecimiento ya no crece.

E!"#eci$ieto po# a"$eto !el (#a!o !e c#istalii!a! e " $ate#ial te#$oplástico' Las cadenas moleculares se encuentran muy +untas entre sí y ordenadas por ello las uerzas de enlace son muy grandes y por tanto son muy resistentes.

E!"#eci$ieto !e los te#$oplásticos $e!iate la it#o!"cci) !e (#"pos at)$icos co$o #a$i*icacioes e las ca!eas p#icipales !e ca#%oo' La introducci!n de grupos laterales voluminosos puede 1acer más diícil el deslizamiento de la cadena durante la deormaci!n en el polímero termoplástico. Estos grupos aumentan la rigidez y la resistencia pero disminuyen su ductilidad.

E!"#eci$ieto $e!iate elace !e áto$os alta$ete pola#es e la ca!ea p#icipal !e ca#%oo' La introducci!n de un átomo altamente polar, por e+emplo el *l, sobre cada átomo de carbono de la cadena genera un incremento de la resistencia a ser deormado ya )ue aumentan las uerzas de enlace molecular entre las cadenas del polímero.

E!"#eci$ieto $e!iate la it#o!"cci) !e áto$os !e o+&(eo , ca#%oo e la ca!ea p#icipal' 2parte de los enlaces *#*, se introducen átomos de o/ígeno generándose un dipolo. El enlace se verá reorzado por lo )ue 1abrá un aumento de la resistencia a ser deormado. E+emplo" H #*

O#

H

E!"#eci$ieto $e!iate la it#o!"cci) !e aillos !e *eileo e la ca!ea p#icipal !el pol&$e#o e co$%iaci) co ot#os ele$etos co$o el O- N- , S e la ca!ea p#icipal' Los anillos de enileno producen un impedimento est$rico a la rotaci!n en las cadenas  polim$ricas. Es el m$todo más importante de endurecimiento de termoplásticos. E+emplo" !/ido de polienileno.

E!"#eci$ieto po# la a!ici) !e *i%#as !e ! e .i!#io' El contenido de vidrio !ptimo es a)uel )ue nos da la resistencia deseada, el costo total y acilidad de procesado. E+emplo" Nylon y polipropileno.

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1. Afinamiento 1. Afinamiento del grano 2. Deformación en frio a. Embutido b. Laminado c. Trefilado d. Extrusión Efectos sobre las propiedades mecánicas . !or solutos ". !or precipitación #. Transformación martens$tica

MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO Las estructuras de los metales son las %ue definen principalmente las propiedades de los materiales para traba&ar en ingenier$a' %ue a su (e) (e ) depe pen nde den n de la comp mpo osi sici ció ón %u$ u$m mic ica a * lo los s tr tra ata tam mie ien nto tos s posteriores. son básicamente t+cnicas para incrementar la dure)a por medio de form fo rma aci ción ón de di disl sloc ocac acio ione nes s %u %ue e act ct,a ,an n co como mo l$ l$mi mite tes s pa para ra los los desli)amientos desli)amiento s -excepto la transformació transformación n martens$tica martens$tica. .

1. Afinamiento del grano: El refinamiento de grano es uno de los mecanismos de fortalecim fortalecimient iento o más efica)' efica)' me&orand me&orando o propieda propiedades des mecánica mecánicas s sin p+rdida en ductilidad. 2. Deformación en frio: /e conoce %ue los átomos de los metales se encuentran en posiciones de e%uilibrio' pero cuando fuer)as exteriores entran en acción con el metal ocurren deformaciones %ue pueden ser de dos tipos0 Elásticas0 La deformación es re(ersible' el metal recupera su forma orig origin inal al al elim elimin inar ar las las fuer fuer)a )as s ex exte teri rior ores es %ue %ue act, act,an an *a %ue %ue los los átomos no an alcan)ado nue(as posiciones de e%uilibrio.

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La deformación en frio se refiere a un tratamiento %ue se ace por deba&o deba&o de la temperat temperatura ura de recristal recristali)ac i)ación ión -formació -formación n de granos granos cristalinos nue(os por calentamiento a una temperatura determinada para as$ aumentar la dure)a * resistencia a la tracción de la pie)a traba& traba&ada ada *' como como conse consecue cuenci ncia' a' dismin disminu*e u*endo ndo su plasti plasticid cidad ad * tenacidad. Debido a la necesidad de una combinación combinación de resistencia * tenacidad' se deben disear procesos %ue impli%uen moldeo por traba&o en frio. Despu+s' se debe controlar el proceso de recocido para obtener un grado de ductilidad. !ara disear un tratamiento t+rmico adecuado para el recocido' es necesario conocer la temperatura de recristali)ación recristali)ación * el tamao de los granos recristali)ados.

Algunos procesos en los %ue se utili)a la deformación en frio son los siguientes0 a. Em!tido Este proceso se basa en fi&ar una placa de metal entre la matri) * un dispositi(o %ue se encarga de fi&ar la lamina' para %ue luego un elemento llamado pun)ón' ba&e * estire el material por los bordes de la matri).  . "aminado /e conoc conoce e como como lamina laminació ción n o lamina laminado do al proce proceso so indus industri trial al por medio del cual se reduce el espesor de una lámina de metal o de materiales seme&antes con la aplicación de presión mediante el uso de distin distintos tos proces procesos os en los los cuale cuales s se deform deforma a plásti plásticam cament ente e el material %ue circula de modo continuo * en una dirección preferente. La laminación se aplica tanto en fr$o como en caliente. Este proceso se aplica aplica sobre sobre materi materiale ales s con un buen buen ni(el ni(el de maleab maleabili ilidad dad.. La má%uina %ue reali)a este proceso se le conoce como laminador. En este este pr proc oces eso o ocur ocurre ren n inte intern rnam amen ente te disl disloc ocac acio ione nes s cris crista tali lina nas s mas masi(as i(as'' los los bord rde es de gr gra ano se acu acuan an un uno os cont contra ra otro tros' ocasionando el aumento en la dure)a. Trefilado se pasa de un alambre de diámetro ma*or a otro de diámetro inferior al aplicar una fuer)a. 3uando se termina de acer la fundición del acero' se somete a la laminación en caliente' obteniendo rollos de alambrón con cascarilla. trefil trefilado ado

ref imo

al estira estirado do del alambr alambr

frió frió

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ocas ocasio iona nand ndo o acri acritu tud d en este este lo %ue %ue mecánicas a este.

le da nu nue( e(as as pr prop opie ieda dade des s

 d. E#tr!$ión La extrusión es un proceso utili)ado para crear ob&etos con sección trans(ersal trans(ersal definida * fi&a. 4na de las (enta&as principales de este este pr proc oces eso o por por en enci cima ma de pr proc oces esos os manu manufa fact ctur urad ados os es la abili abilidad dad para para crear crear secci seccion ones es trans( trans(ers ersale ales s mu* compl comple&a e&as s con con mate materi rial ales es %ue %ue son son %ueb %uebra radi di)o )os. s. El pr proc oces eso o de ex extr trus usió ión n pued puede e acerse con el material caliente o frio. %. &or $ol!to$: 4n m+todo com,n para aumentar la dure)a * el l$mite elástico de un material' as$ como su (elocidad de endurecimiento' es la aleación por soluciones sólidas. '. &or (reci(itación: El ob ob&e &eti ti(o (o de dell re refo for) r)am amie ient nto o po porr pr prec ecip ipit itac ació ión n es cr crea ear' r' en un una a alea al eaci ción ón tr trat atad ada a t+ t+rm rmic icam amen ente te'' un una a di disp sper ersi sión ón de dens nsa a * fi fina na de part pa rt$c $cul ulas as pr prec ecip ipit itad adas as en un una a ma matr tri) i) de me meta tall de defo form rmab able le.. La Las s part$culas precipitadas act,an como obstáculo del mo(imiento de las dis islo loc cac acio ion nes *' de ese modo do'' re refu fue er) r)a an la ale leac ació ión n tra rata tad da t+rmicamente. ). Tran$formación marten$*tica: La transf transfor ormac mación ión marten martens$t s$tica ica es un una a transf transform ormaci ación ón de fase fase de prim pr ime er orde orden n en el esta estado do sóli sólido do'' %ue %ue no in(o in(olu lucr cra a cam cambio bio de composición' * se produce por medio de un mo(imiento cooperati(o de átomos.