LOS PLÁSTICOS. 1. DEFINICIÓN. 2. CARACTERÍSTICAS GENERALES. 2.1. Estructura y composición 2.2. Monómeros y polímeros 2.3. Polimerización y poliadición 2.4. Carboplastos, carboxiplastos y siliconas 3. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN PLASTICO. 3.1. Modificantes. 3.2. Catalizadores. 3.3. Plastificantes. 3.4. Estabilizadores. 3.5. Cargas y pigmentos. 3.7. Armaduras y refuerzos. 4. TIPOS DE PLASTICOS. 4.1. Polímeros lineales y ramificados 4.2. Termoplásticos y termoestables 4.2.1. Polímeros termoplásticos 4.2.1.1. Poliolefinas. 4.2.1.2. Polimerizados del estireno. 4.2.1.3. Homopolímeros. 4.2.1.4. Ésteres de polivinilo y polimetacrilo. 4.2.1.5. Óxidos, sulfonas y similares. 4.2.2.termoestables 4.2.2.1. Fenoplastos 4.2.2.2. Aminoplasto 4.2.2.3. Otras resinas. 4.2.2.4. Poliuretanos y similares. 4.2.2.5. Polímeros silicónicos 4.3. Elastómeros: Cauchos y gomas. 4.4. Los plásticos reforzados 5. ELABORACION. 5.1 Moldeo.
5.1.1. Presión. 5.1.2. Inyección. 5.1.3. Extrusión.
6. PROPIEDADES. 6.1. Propiedades mecánicas. 6.1.1. Resistencia a compresión. 6.1.2. Resistencia a tracción. 6.1.3. Deformabilidad. 6.2. Propiedades físicas 6.2.1. Densidad. 6.2.2. Propiedades eléctricas. 6.2.3. Propiedades térmicas. 6.2.4. Durabilidad. 6.3. Propiedades químicas 7. APLICACIONES 8. BIBLIOGRAFIA.
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LOS PLÁSTICOS.
1. DEFINICIÓN. “Plástico” proviene de PLASTIKOS palabra griega que significa susceptible de ser modelado o moldeado. Quizá la mejor manera de caracterizar los plásticos es describir un número de cualidades que tienen en común, eliminando de esta forma los materiales que no las tienen: -
Los plásticos se llaman así porque en alguna etapa de su fabricación o de su utilización tienen propiedades plásticas. Pueden ser plásticos- sólo una vez, o pueden ser tantas veces como se quiera. Sin embargo, esta propiedad no basta para distinguir a los plásticos de otros materiales. El vidrio y el hormigón pueden tener, un comportamiento análogo, pero no son, plásticos.
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Los plásticos son materiales orgánicos: esto es, están basados en la química del carbono. Esto elimina materiales como el hormigón y el cristal, pero no excluye el asfalto, que no está clasificado como plástico.
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Los plásticos son materiales sintéticos, productos de la Industria qulmlca, que convierte materias primas en formas nuevas y radicalmente diferentes. Esto elimina materiales naturales tales como el asfalto y la laca, pero no excluye las ceras sintéticas.
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Los plásticos son polímeros de elevado peso molecular; esto es, son moléculas gigantes formadas por numerosas unidades repetidas combinadas en agregados muy grandes.
Los primeros plásticos, como el celuloide o la galalita, partían de polímeros a los que se añadían sustancias plastificantes. El proceso que condujo a los plásticos modernos fue la sintetización: partir de monómeros o moléculas sencillas para obtener polímeros mediante una reacción química polimerizante. Los resultados alcanzados por los primeros plásticos incentivaron a los químicos y a la industria a buscar otras moléculas sencillas que pudieran enlazarse para crear polímeros. En la década de los 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). 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. 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 desarrollados en los años 30 en Alemania fue el poliestireno (PS). También en esta época se crea la primera fibra artificial, el nylon. Su primer uso fue la fabricación de paracaídas para las fuerzas armadas estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial, extendiéndose rápidamente a la industria textil en la fabricación de medias y otros tejidos combinados con algodón o lana. Nacen en 1942 las melaminas, las resinas epoxi, el poliuretano y en 1952 el policarbonato. La evolución ha sido muy rápida, hoy tenemos unos 50 materiales que con sus tipos, subtipos, mezclas, etc. pueden llegar a ser unos 2000.
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2. CARACTERÍSTICAS GENERALES. 2.1. Monómeros y polímeros. La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.
La unidad de bajo peso molecular es el monómero: Molécula, generalmente de la química orgánica, capaz de combinarse con moléculas de su misma naturaleza para formar un producto de peso melecular muy elevado, denominado polímero. Los polímeros (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento), se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas (monómeros) que forman enormes cadenas de diferentes formas. Pueden pertenecer a la química inorgánica (cemento, porcelana, vidrio, etc.) o a la química orgánica (proteínas, grasas, propilenos, etc.)
Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por ejemplo. Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Por su origen se dividen en: - Naturales: cuando se encuentran en la naturaleza (celulosa, caucho, resinas vegetales, etc.). Ambar. Es una resina fósil de plantas coníferas. Conocida desde la más remota antigüedad se utilizaba para la producción de objetos de ornamento con la técnica de grabado o de estampado a presión. Una de las primeras utilizaciones de la Baquelita ha sido la imitación del ámbar.
Celulosa. La celulosa es uno de los muchos polímeros encontrados en la naturaleza. La madera, el algodón y la cuerda de cáñamo están constituidas de celulosa fibrosa. La celulosa está formada por unidades repetidas del monómero glucosa. Ocupa un lugar importante en la historia de los polímeros porque fue utilizada para hacer algunos de los primeros polímeros sintéticos, tales como el nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón.
Cuerno. Es un material orgánico compuesto de queratina (aprox. el 80%). Es termoplástico y se trabaja después de calentarlo en seco o por inmersión en agua hirviendo o con soluciones alcalinas. Después de haberlo ablandado se puede prensar, obteniendo objetos y láminas (cajas, botones, peines...).
Marfil. Se obtiene de los colmillos de los animales y está constituido esencialmente por sales de calcio y otras substancias orgánicas. Se utilizaba antes de la invención de las materias plásticas para la fabricación de las teclas de los piano, mangos de los cuchillos, peines, bolas de billar...
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Caseina. CS. La caseína es una proteina que se encuentra en la leche. No es soluble en agua, pero si lo es en álcalis (amoniaco, bórax, aminas...).
- Artificiales o semisintéticos. Obtenidos por transformación química de polímeros naturales. Nitrato de celulosa. CN.
Termoplástico.
Celuloide. Es la primera de la materia plásticas artificiales, inventadas por J.W. Hyatt mezclando nitrato de celulosa y alcanfor. Tiene multiples usos por su facil elaboración y coloración y por su gran resistencia y resiliencia. Se puede cortar, laminar, plegar, perforar, estirar, tornear, estampar a presión, modelar calentándola con agua o aire caliente; se puede encolar y decorar en superficie. En cambio no se puede someter a inyección ni a compresión ni tampoco trabajarla con el extrusor, ya que se descompone.
Acetato de celulosa. CA.
Termoplástico.
Como la Celuloide se obtiene mediante la modificación química de un polímero natural: la celulosa que es una de las substancias orgánicas más comunes en la naturaleza. El acetato de celulosa es la primera materia plástica estampada a inyección. Tiene el aspecto de un polvo blanco y debido a su aspecto agradable se utiliza principalmente para la fabricación de objetos transparentes, translúcidos y opacos como las teclas para las máquinas de escribir y calculadoras, pulsadores, revestimiento de volantes para automóviles, empuñadura de cuchillos, pantallas, vidrios de relojes, partes de máscaras de protección, plumas, mangos de paraguas, juguetes etc...
Galatita.
Termoplástico.
Uno de los primeros plásticos fue la galalita. Es una materia plástica natural de origen proteica obtenida de substancias orgánicas como la leche (caseina), cuerno o de productos vegetales como semillas de soja. Fue obtenida en 1897 por Adolph Spitteler y W. Kirsche partiendo del suero de la leche al que se le añadían plastificantes y que luego se endurecía con formaldehido. Conocida con el nombre comercial Galalith (Galalite en Italia y Erinoid en el Reino Unido) se presentaba con un aspecto similar al de la Celuloide o bien al marfil o al cuerno artificial.
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Ebonita. La ebonita es un material obtenido en el siglo pasado sometiendo la goma a un proceso de vulcanización. Algunos artículos fabricados con este material se expusieron en el 1851 en el Cristal Palace de Londres. Se trata de un compuesto a mitad de camino entre las materias plásticas autenticas y la goma natural. Durante el proceso de vulcanización se introduce en la masa azufre (30-50%), obteniendo un compuesto que posee gran poder dieléctrico, buena resistencia a los productos químicos, una cierta dureza y rigidez hasta temperaturas de 50 ºC y con un aspecto brillante. Se utilizó en separadores de baterías eléctricas, plumas estilográficas, boquillas de pipas, de instrumentos musicales...
- Sintéticos: Obtenidos químicamente a partir de sustancias de bajo peso molecular para formar monómeros y la subsiguiente polimerización de éstos (polietileno, poliésteres, etc.). Baquelita.
Termoplástico.
En 1909 el químico L. H. Baekeland sintetizó un polímero a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los disolventes, pero fácilmente mecanizable. Se bautizó con el nombre de baquelita, el primer plástico totalmente sintético de la historia.
CARACTERISTICAS: Excelente resistencia mecánica. Buenas propiedades eléctricas, elevado poder aislante y gran resistencia a la humedad. Resistente al alcohol, tetracloruro de carbono, hidrocarburos aromáticos y petróleo. Difícilmente inflamable. Soporta los 110 o C. USOS Y APLICACIONES: Aislante eléctrico (maquinarias, motores eléctricos, radio ...) Aislamiento de alta tensión para transformadores. Soportes para carretes.
Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen buenas resistencias mecánicas debido a la atracción entre sus grandes cadenas poliméricas. Estas fuerzas intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser: - Fuerzas de Van der Waals (fuerzas de dispersión). Existen en moléculas de muy baja polaridad, generalmente en los hidrocarburos. Provienen de dipolos transitorios (como resultado de los movimientos de electrones, en cierto instante una porción de la molécula se vuelve ligeramente negativa, mientras que en otra región aparece una carga positiva equivalente). Estos dipolos producen atracciones electrostáticas muy débiles en moléculas de tamaño normal, pero en los polímeros, formados por miles de estas pequeñas moléculas, las fuerzas de atracción se multiplican llegando a ser enormes.
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- Fuerzas de Atracción dipolo-dipolo. Debidas a dipolos permanentes, como en el caso de los poliésteres. Estas atracciones son mucho más potentes y a ellas se debe la gran resistencia a tracción de las fibras de los poliésteres. - Enlaces de Hidrógeno Estas interacciones son tan fuertes, que una fibra obtenida con estas poliamidas (nylon) tiene resistencia a tracción mayor que la de una fibra de acero de igual masa. - Enlaces iónicos. Hay atracciones de tipo iónico que son las más intensas. Se llaman ionómeros y se usan, por ejemplo, para hacer películas transparentes de alta resistencia. Tipo de enlace
Kcal / mol
Van der Waals en CH4
2,4
Dipolos permanentes
3a5
Enlaces hidrógeno
5 a 12
Iónicos
mayores a 100
2.2. Procedimientos de formación de las macromoleculas. Existen diversos procesos para unir moléculas pequeñas con otras para formar moléculas grandes. Su clasificación se basa en el mecanismo por el cual se unen estructuras monómeras o en las condiciones experimentales de reacción. 2.1.1. Polimerización por adicción. En las reacciones de adición, varias unidades monoméricas se unen, en presencia de un catalizador, como resultado de la reorganización de los enlaces C=C de cada una de ellas. -
Adición de moléculas pequeñas de un mismo tipo unas a otras por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo). Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido).
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Adición de pequeñas moléculas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo).
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Adición de pequeñas moléculas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo aminocarboxianhidro).
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Adición de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno).
Los polímeros vinílicos son polímeros obtenidos a partir de monómeros vinílicos; es decir, pequeñas moléculas conteniendo dobles enlaces carbono-carbono. -
El polietileno se obtiene a partir del monómero etileno. Cuando polimeriza, las moléculas de etileno se unen por medio de sus dobles enlaces, formando una larga cadena de varios miles de átomos de carbono conteniendo sólo enlaces simples entre sí.
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-
Los polímeros vinílicos más sofisticados se obtienen a partir de monómeros en los cuales uno o más de los átomos de hidrógeno del etileno han sido reemplazados por otro átomo o grupo atómico. Polipropileno
Poliestireno
Poli(cloruro de vinilo)
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Reemplazando dos átomos de hidrógeno, sobre el mismo átomo de carbono, podemos obtener poliisobutileno, que es un tipo de caucho.
Poli (metacrilato de metilo)
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No muchos monómeros en los cuales se hayan reemplazado los átomos de hidrógeno en ambos átomos de carbono son capaces de polimerizar. Pero un polímero que se obtiene a partir de un monómero sustituido en ambos átomos de carbono es el politetrafluoroetileno, denominado Teflon.
Los polímeros isómeros son polímeros que tienen esencialmente la misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los átomos o grupos de átomos en las moléculas.
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2.1.2. Polimerización por condensación. En la reacción de condensación, los monómeros se combinan con la formación y pérdida de moléculas pequeñas, como agua, alcohol, etc. -
Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes, con moléculas bifuncionales, como ácidos o glicoles, diaminas, diésteres...
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Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de haluros metálicos.
-
Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos.
2.3. Homopolímeros y Copolímeros -
Homopolimeros: son polimeros que contienen una sola unidad estructural (polietileno, polipropileno). Además, contienen cantidades menores de irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.
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Copolímeros: contienen varias unidades estructurales, como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el estireno. Las diferentes combinaciones de monómeros se realizan para modificar las propiedades de los polímeros y lograr nuevas aplicaciones. Lo que se busca es que cada monómero imparta una de sus propiedades al material final; así, por ejemplo, en el ABS, el acrilonitrilo aporta su resistencia química, el butadieno su flexibilidad y el estireno imparte al material la rigidez que requiera la aplicación particular. No solo cambian las propiedades al variar las proporciones de los monómeros, sino también al variar su posición dentro de las cadenas. Las mezclas físicas de polímeros, que no llevan uniones permanentes entre ellos, también constituyen a la enorme versatilidad de los materiales poliméricos. Son el equivalente a las aleaciones metálicas.
2.4. Concepto de Tacticidad El término tacticidad se refiere al ordenamiento espacial de las unidades estructurales. El mejor ejemplo es el polipropileno, que antes de 1955 no tenía ninguna utilidad. En ese año, Giulio Natta en Milán, utilizó para hacer polipropileno, los catalizadores que Karl Ziegler había desarrollado para el polietileno. Esos catalizadores, hechos a base de cloruro de titanio y trialquil-aluminio, acomodan a los monómeros de forma que todos los grupos metilos se sitúan al mismo lado en la cadena. En esta forma, Natta creó el polipropileno isotáctico, que tiene excelentes propiedades mecánicas. Hasta ese momento, con los procedimientos convencionales, sólo se había podido hacer polímeros atácticos, sin regularidad estructural. El polipropileno atáctico es un material ceroso, con pésimas propiedades mecánicas. Otros catalizadores permiten colocar los grupos alternadamente, formando polímeros que se llaman sindiotácticos, los cuales, como los isotácticos, tienen muy buenas propiedades.
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3. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN PLASTICO.
3.1. Materias primas El componente principal de un plástico (vehículo) son polímeros o resinas artificiales, por lo general derivados de la celulosa y de los hidrocarburos. Para su utilización hay que añadirles otros productos que mejoren su mala flexibilidad, mala resistencia al choque, mala resistencia a bajas temperaturas, agrietamientos... Estos productos son los modificantes (catalizadores, plastificantes, estabilizadores, cargas y pigmentos). Por último, para fabricar plásticos con usos especiales se le añaden armaduras y refuerzos.
El petróleo se refina para formar moléculas orgánicas pequeñas, llamadas monómeros, que luego se combinan para formar polímeros resinosos, que se moldean o extruyen para fabricar productos de plástico. Del total del petróleo utilizado, el 70% se quema para producir energía, el 20%, lo utilizan diferentes industrias, el 4% la industria petroquímica lo utiliza para diferentes usos y sólo el 6% es empleado en la fabricación de plásticos.
3.1.1. Resinas. En la tecnología de los materiales poliméricos: el término resina se aplica a todo polímero que constituye la materia prima básica en la fabricación de los productos plásticos acabados o semiacabados y a las resinas empleadas directamente en obra. Por su procedencia las resinas se clasifican en: -
Resinas naturales: de origen vegetal y raramente de origen animal.
-
Resinas artificiales: proceden de la modificación química de ácidos grasos, de las resinas naturales y de otras sustancias macromoleculares.
-
Resinas sintéticas: proceden de reacciones químicas controladas a partir de materias perfectamente definidas que, en sí mismas, no tienen carácter de resinas.
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3.1. Modificantes. Las diversas clases de plásticos y sus copolímeros proporcionan una amplia variedad de propiedades, pero no son suficientes para cubrir las muchas demandas de características y aplicaciones especiales que se requieren en el mercado. Los modificantes amplían el campo de aplicación de los plásticos y proporcionan una variación muy matizada de propiedades principalmente los plastificantes, estabilizadores, pigmentos o tintes...
3.1.1. Plastificantes. Son materiales líquidos o sólidos que al mezclarlos con las resinas las vuelven blandas, más flexibles, más tenaces (y a veces más débiles) de lo que serían en cada caso. Posibilitan a bajas temperaturas lo que podría hacer el calor a temperaturas más altas, a base de atenuar las fuerzas de tracción entre las moléculas lineales y permitiendo que puedan moverse fácilmente unas con relación a las otras. Un buen plastificante se caracteriza por: -
Compatibilidad. Esto significa que durante toda la vida del objeto el plastificante debe permanecer en su sitio. Algunos plastificantes emigran gradualmente a la superficie; por ejemplo, en hules, la superficie se vuelve grasienta, mientras que el plástico desnudo se vuelve frágil, se contrae y se cuartea.
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Estabilidad. El plastificante no se estropeará gradualmente con la edad, lo que llevaría al deterioro del objeto de plástico.
-
No degradabilidad. El plastificante no atacará al plástico, rompiendo las cadenas largas moleculares en segmentos cortos o de alguna otra forma. Tampoco dañará a otros constituyentes, tales como estabilizadores o pigmentos.
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Rendimiento. Una pequeña cantidad cundirá mucho. De forma general, cuanto menos cantidad se precise mejor es el plastificante.
-
Atoxicidad. Aunque siempre es de desear, es particularmente importante si los objetos pueden llevarse a la boca (juguetes y objetos para niños pequeños).
3.1.2. Catalizador. Sustancia cuya presencia hace reaccionar a dos o más productos entre sí, que por sí solos permanecerían prácticamente inertes unos frente a otros. En la química macromolecular también se denomina iniciador.
3.1.3. Estabilizadores. Los plásticos sin mezcla, tales como la tubería de polietileno o la lámina de cloruro de polivinilo, pueden degradarse cuando se exponen aciertos ambientes, como por ejemplo la luz solar. Sin embargo, pueden reforzarse con estabilizadores, tales como los absorbentes de rayos ultravioleta y antioxidantes. El negro de humo, por ejemplo, convierte el polietileno, que es un material rápidamente degradable, en otro que resiste muy bien la luz solar y la intemperie. Otros estabilizadores cumplen su cometido sin colorear ni volviendo opaco al plástico.
3.1.4. Cargas. Material insoluble en polvo, granos o fibras incorporado a un compuesto polimérico para reducir su precio, su exotermia o su retracción y frecuentemente para aumentar su dureza, su resistencia a la abrasión o al calor u otra propiedad específica, como por ejemplo:
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Moldeabilidad. Los plásticos fenólicos en estado puro no se moldean bien y son duros y quebradizos. Resultan mucho más moldeables cuando se les mezcla con harina de madera, normalmente de madera dura, en proporción de hasta un 50 por ciento. El material mezclado se contrae y se resquebraja menos, desgasta menos los moldes y cuesta menos que los fenólicos puros. Puede usarse cáscara de nuez molida o ingredientes semejantes. Con este material, de uso general, se hacen, por ejemplo, piezas de carpintería.
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Resistividad eléctrica. La resistencia eléctrica de los plásticos fenólicos moldeados puede aumentarse incorporando mica finamente dividida; muchas piezas moldeadas para electricidad se hacen de esta manera.
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Resistencia al calor. Las cargas de amianto aumentan enormemente la resistencia al calor de los plásticos fenólicos y otros plásticos termoestables. Otras cargas inorgánicas importantes son el sílice, arcilla y carbonato cálcico. Este último, a menudo, en forma de piedra caliza molida o polvo de mármol.
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Tenacidad. La fragilidad es superada generalmente, además de con el uso de plastificantes o por copolimerización, incorporando cargas fibrosas, normalmente cortadas en longitudes de 1,5 m m a 15 m. Estos rellenos pueden ser fibras naturales tales como el algodón, cáñamo, o bien sintéticas, tales como el rayón, nylón, poliéster y fibra de vidrio.
3.1.6. Pigmentos Muchos plásticos son transparentes e incoloros y por lo tanto coloreables; otros, admiten coloración limitada. Los acrílicos, por ejemplo, pueden incluirse en los de la primera clase, los fenólicos, en la segunda. En algunos casos, el color puede ser tanto en transparente como en opaco, en otros sólo en opaco. Los tintes proporcionan colores transparentes; los pigmentos, opacos. Los colores deben ser compatibles con el plástico y sus constituyentes, tales como plastificantes y estabilizadores, así como entre ellos. La estabilidad a la luz es normalmente función de la estabilidad inherente del tinte o del pigmento, pero puede ser afectada por interacciones a largo plazo con el plástico y sus constituyentes.
3.1.7. Armaduras y refuerzos. Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, un material compuesto de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.
3.1.8. Lubricantes. Los lubricantes mejoran la procesabilidad de los polímeros, realizando varias importantes funciones. -
Reducen la fricción entre las partículas del material, minimizando el calentamiento friccional y retrasando la fusión hasta el punto óptimo. Reducen la viscosidad del fundido promoviendo el buen flujo del material. Evitan que el polímero caliente se pegue a las superficies del equipo de procesamiento.
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4. TIPOS DE PLASTICOS.
Las macromoléculas, lineales o ramificadas, pueden estar colocadas, unas con respecto a otras, de forma diferente.
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Puede darse el caso de que se encuentren desordenadas, entrelazadas como un fieltro. Es lo que se llama el estado amorfo. Los plásticos amorfos son vítreos, transparentes y generalmente frágiles.
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Pueden estar alineadas, en claro paralelismo, como las cerillas en su caja. Pero no se sitúan así en toda su longitud, sino en tramos muy pequeños, que reciben el nombre de cristalitas (cuerpo sólido cuyos elementos constitutivos átomos, iones o moléculas- están dispuestos de forma regular en las tres dimensiones). Las longitudes restantes de cada macromolécula se pliegan formando lazos o bucles. Los plásticos parcialmente cristalinos son translúcidos u opacos, pero más resistentes al calor que los amorfos.
Los plásticos con macromoléculas lineales o ramificadas, pero no entrelazadas (reticuladas) pueden ser moldeados de manera reversible. Por acción del calor, se reblandecen para adoptar la forma que se les quiera dar. Son los termoplásticos.
Los plásticos con macromoléculas tridimensionalmente reticuladas (entrelazadas) no pueden ser moldeados de manera reversible. Son los termoendurecidos. Para forzar la reticulación, los químicos introducen, en las macromoléculas originales, grupos reactivos de moléculas que se disponen a distancias regulares y que actúan como grapas entre las cadenas.
Cuando las macromoléculas forman una red de malla abierta, los plásticos resultantes son elásticos como la goma.Se les llama elastómeros.
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Nota: Con el fin de favorecer el conocimiento de los distintos materiales plásticos, especialmente en el momento de su clasificación, la Sociedad de Industrias Plásticas de los Estados Unidos (SPI) ha difundido un código de identificación de uso corriente a nivel internacional, que es el utilizado en este tema. Existen más de 100 tipos de plásticos, los más comunes son sólo 6 y se los identifica con un número dentro de un triángulo (símbolo de reciclaje) para efecto de facilitar su clasificación para el reciclado.
4.1. Polímeros termoplásticos. (También llamados pistómeros o termoplastos).
Son polímeros (lineales, ramificados o no), que de manera reiterativa se pueden reblandecer (plastificar) por la acción del calor y endurecer al enfriase. Pueden llegar a fundirse sin que tenga lugar su descomposición químico siempre que no se alcance una determinada temperatura, denominada de descomposición. Están constituidos por macromoléculas líneales o ramificadas que, a partir de cierta temperatura, inferior a la de descomposición, deslizan entre sí de modo que el material adquiere una fluidez viscosa. Para que un polímero tenga aplicación como termoplástico debe tener una temperatura de transición vítrea Tg (si se trata de un material amorfo), o una temperatura de fusión Tm (si se trata de un material cristalino), superior a la temperatura ambiente. Por lo general los materiales termoplásticos presentan un buen conjunto de propiedades mecánicas, son fáciles de procesar, reciclables y bastante económicos. La principal desventaja deriva del hecho de que son materiales que funden, de modo que no tienen aplicaciones a elevadas temperaturas puesto que comienzan a reblandecer por encima de la Tg, con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas.
4.1.1. Poliolefinas. (polietileno, polipropileno, polibuteno, polisobutileno, etc.)
Polietileno. PE.
Termoplástico.
El polietileno es un termoplástico fabricado a partir del etileno (elaborado a partir del etano, uno de los componentes del gas natural) , en forma de gránulos o de polvo blanco. Sus propiedades técnicas depende de la masa molecular, la ramificación de la cadena y el grado de cristalinidad, por lo que el método de elaboración influye considerablemente, especialmente la presión. Todos los polímeros derivados del etileno tienen una gran resistencia a los productos químicos , acidos , bases, aceites, grasas, disolventes ... Sin embargo, su resistencia es moderada para los hidrocarburos normales y clorados . Debido a su gran facilidad de extrusion para film, los poliestilenos son muy utilizados para recubrimientos de otros materiales , papel, cartón, aluminio...y para embalajes.
El etileno, según la temperatura a que se someta puede transformarse en dos tipos de polimeros:
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PEAD (HDPE) Polietileno de alta densidad
El polietileno de alta densidad es un termoplástico fabricado a partir del etileno a temperaturas inferiores a 70 ºC y presión atmosférica (proceso Ziegler-Natta). Polimeriza con estructura lineal (de tipo cristalino), y densidad comprendida entre 0,94 y 0´96 kg/dm3 . Es muy versátil y se lo puede transformar de diversas formas: Inyección, Soplado, Extrusión, o Rotomoldeo.
USOS Y APLICACIONES: El PEAD , polietileno de alta densidad, se utiliza para fabricar bolsas, cajas de botellas, tuberías, juguetes, cascos de seguridad laboral .. Gracias a su estructura lineal sirve para cuerdas y redes de pesca, lonas para hamacas .. La resistencia térmica permite usarlo para envases que deban ser esterilizados en autoclave (leche , sueros ..) También en construcción se utiliza en tuberías para gas, telefonía, agua potable, minería, drenaje y uso sanitario.
CARACTERISTICAS: Resistente a las bajas temperaturas - Irrompible - Impermeable - No tóxico.
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PEBD. (LDPE) Polietileno de baja densidad. A temperaturas de unos 170 º centígrados y 1.400 atmósferas de presión el etileno se transforma en un polímero con aspecto de polvillo blanco, estructura muy ramificada (amorfa, algunos de los carbonos, en lugar de tener hidrógenos unidos a ellos, tienen asociadas largas cadenas de polietileno) y densidad comprendida entre 0' 91-0,93 kg/dm3.
USOS Y APLICACIONES: El PEBD , polietileno de baja densidad, se utiliza para fabricar bolsas flexibles , embalajes industriales , techos de invernaderos agrícolas... También gracias a su resistencia dieléctrica se utilizan para aislante de cables eléctricos.
Recubrimiento del hormigón fresco, evitando la evaporación prematura del agua y preservándolo de las heladas. Revestimiento de encofrados, facilitando el desmoldeo y dando un perfecto acabado al cemento.
CARACTERISTICAS: Gran flexibilidad, extraordinaria resistencia química y dieléctrica, resistente a las bajas temperaturas, irrompible, impermeable y no tóxico. Es versátil, barato y fácil de fabricar. Se transforma por inyección, soplado, extrusión, o rotomoldeo.
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PP Polipropileno
Es un termoplástico que se obtiene por polimerización del propileno. Los copolímeros se forman agregando etileno durante el proceso.
USOS Y APLICACIONES: Soporta bien temperaturas cercanas a los 100 ºC por lo que se utiliza para tuberías de fluidos calientes . Piezas de automóviles (parachoques) y electrodomésticos, cajas de baterías , jeringas desechables, tapas en general, envases, baldes, todo tipo de cartelería interior y exterior. Al tener una estructura lineal se utiliza para rafias y monofilamentos , fabricación de moquetas , cuerdas , sacos tejidos , cintas para embalaje, pañales desechables...
CARACTERISTICAS: Plástico rígido de alta cristalinidad y elevado Punto de Fusión, excelente resistencia química y baja densidad (la más baja de todos los plásticos). Al adicionarle cargas (talco, caucho, fibra de vidrio...), se refuerzan sus propiedades hasta transformarlo en un polímero de ingeniería. Muy sensible al frío y a la luz ultravioleta (envejece rápidamente), por lo que necesita estabilizantes a la luz. Barato, resistente a la temperatura, y no tóxico. Es transformado en la industria por los procesos de inyección, extrusión/termoformado. Fácil manipulado, se puede cortar, perforar y troquelar.
soplado
y
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4.1.2. Polimerizados del estireno. (poliestirenos, copolímeros ABS y ASA, etc.)
PS Poliestireno
El poliestireno estructuralmente, es una larga cadena hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Las materias primas para la fabricación del estireno son el etileno y el benzeno Hay tres clases de poliestireno: -
PS Cristal: Es un polímero de estireno monómero (derivado del petróleo), cristalino y de alto brillo.
-
PS Alto Impacto: Es un polímero de estireno monómero con oclusiones de Polibutadieno que le confiere alta resistencia al impacto.
-
PS expandido que es una espuma.
Es Termoplástico y fácilmente moldeable a través de procesos de: Inyección, Extrusión/Termoformado, Soplado.
USOS Y APLICACIONES: Se usa en envases, vasos, platos y cubiertos desechable, neveras portátiles, máquinas de afeitar desechables, juguetes, cassettes, aislantes térmicos y acústicos...
CARACTERISTICAS: Ignífugo - No tóxico - Transparente - Irrompible - Fácil limpieza. Fácil de serigrafiar. Fácil de manipular, se puede cortar, taladrar, perforar, troquelar
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Acrilonitrilobutadieno-estireno. ABS.
El ABS fue desarrollado para conseguir altas fluideces y rigidez a la vez que un buen comportamiento al impacto, caracteristicas que no cumplía el PS, por lo que se mezcló con cauchos. Se podría definir el ABS como un copolímero del PS con cauchos. Nace de la polimerización de tres elementos:
Termoplástico.
- El acrilonitrilo aporta buena resistencia química, brillo, resistencia térmica y resistencia al desgaste. - El butadieno le confiere buen comportamiento al impacto. - El estireno aporta moldeabilidad y buena estabilidad dimensional (el contenido varía entre un 65 y 80%).
CARACTERISTICAS: Buena resistencia al impacto (a altas y bajas temperaturas). Excelente rigidez. Excelente brillo y aspecto superficial. Resistencia al rayado. Buena resistencia a los agentes químicos. Excelente procesabilidad. Existe ABS para cromar.
USOS Y APLICACIONES: Industria: es utilizado para piezas de electrodomésticos, griferías, radiadores...
teléfonos,
radios,
aspiradoras,
y
grandes
Eléctrico: sus aplicaciones van desde aparatos de fax, carcasas de los monitores de ordenador y de aparatos eléctricos en general, enchufes, ... Automóvil: se utilizan tipos anticalóricos reforzados con fibra de vidrio, cromables, etc. en retrovisores, piezas eléctricas, parrillas de radiadores, en los mandos de control, ...
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Acrilonitrilo-estireno. SAN.
El SAN fue desarrollado para conseguir altas fluideces y rigidez a la vez que un buen comportamiento al impacto y transparencia, caracteristicas que no cumplía el PS ni el ABS. Se podria definir como un PS mezclado con cauchos, o un copolímero de estireno/acrilonitrilo.
Termoplástico. CARACTERISTICAS: Resistente a altas temperaturas y al ataque de agentes químicos. Excelentes propiedades mecánicas Fácil procesabilidad Muy buena transparencia Buena estabilidad dimensional. USOS Y APLICACIONES: Industria: Encendedores: por su transparencia y buena resistencia al ataque de los agentes químicos. Cubre lámparas, por su transparencia y buenas propiedades mecánicas, pudiendo ser aditivado contra los rayos UV. Embalajes de todo tipo, como recipientes de cocina que requieran aptitud alimentaria, transparencia, y o buen comportamiento a bajas temperaturas. Piezas interiores de neveras. Ventiladores de aire acondicionado. Electricidad: Carcasas de secadoras, piezas de aparatos de TV, cajas de baterias. Aparatos de vídeo, se utiliza por su extraordinaria rigidez y elevada temperatura de distorsión.
Plásticos de estireno-butadieno. SBP.
Termoplástico.
- Copolímeros de estireno-butadieno. También llamados hules sintéticos. Contienen un 25% de estireno y un 75% de butadieno y se utilizan en la fabricación de llantas, espumas, aislamiento de alambres y cables eléctricos, mangueras.... Los copolímeros de estireno-butadieno con mayor contenido de butadieno, hasta de 60%, se usan para hacer pinturas y recubrimientos ahulados. Para mejorar la adhesividad, en ocasiones se incorpora el ácido acrílico o los ésteres acrílicos, que elevan la polaridad de los copolímeros.
- MBS: Se obtienen injertando metacrilato de metilo o mezclas de metacrilato y estireno, en las cadenas de un hule de estireno-butadieno. - Acrílicos: Copolímeros de metacrilato-butilacrilato-estireno o de metacrilato-hexilacrilatoestireno. - Otros copolímeros importantes del estireno, se realizan polimerizando en suspensión, estireno en presencia de divinil-benceno, para obtener materiales entrecruzados, que por sulfonación y otras reacciones químicas se convierten en las conocidas resinas de intercambio iónico. - CPE. Los polietilenos clorados se obtienen clorando polietileno de alta densidad con 30% a 40% de cloro. Tienen baja cristalinidad y baja temperatura de transición vítrea. - EVA. Copolímero del etileno y acetato de vinilo con 30% a 50% del acetato, posee propiedades elastoméricas.
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4.1.3. Polímeros halogenados. (policloruros de politetrafluoretileno o teflón, polifluoruro de vinilo, etc.).
vinilo,
copolímeros
vinílicos,
PVC. Cloruro de polivinilo Se produce a partir de dos materias primas naturales: gas 43% y sal común (*) 57%.
Estructuralmente, el PVC es similar al polietileno, con la diferencia que cada dos átomos de carbono, uno de los átomos de hidrógeno está sustituido por un átomo de cloro. A este polímero termoplástico es necesario añadirle aditivos, plastificantes, elastificantes, cargas y otros polímeros para que adquiera las propiedades que permitan su utilización en las diversas aplicaciones . Así, puede ser flexible o rígido; transparente, translícido completamente opaco; frágil o tenaz; compacto o espumado .
o
El PVC rígido no lleva aditivos plastificantes . El flexible o plastificado, sí los lleva .
USOS Y APLICACIONES: Envases. Perfiles para marcos de ventanas, puertas. Tuberías de desagües, mangueras, aislamiento de cables. Juguetes, envolturas para golosinas, películas flexibles para envasado, papel vinílico (decoración)... Objetos termoconformados industriales y domésticos. Tableros para mesas de trabajo y estanterías para laboratorios. Aparatos electrodomésticos.
CARACTERISTICAS: Su capacidad para admitir todo tipo de aditivos permite que pueda adquirir propiedades muy distintas y teniendo en cuenta su precio relativamente bajo le hace ser un material muy apreciado y utilizado para fabricar multitud de productos . Ignífugo (con altas temperaturas los átomos de cloro son liberados, inhibiendo la combustión). Resistente a la intemperie, no tóxico, impermeable y no quebradizo. Buenas propiedades de aislamiento. Fácil de manipular, se puede cortar, taladrar, clavar, enroscar, perforar, pegar... Resistente a los agentes químicos y corrosivos.
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Politetraflúoretileno. PTFE. Termoplástico. Las resinas fluoruratas son materiales termoplásticos producidos en los Estados Unidos a partir del 1950 y han tenido un gran éxito por sus características especialísimas. La más importante de las resinas fluorurate es el politetrafluoroetileno que se suministra generalmente en forma de semielaborado, sucesivamente trasformado con elaboración mecánica y al utensilio. Las resinas fluoruratas tienen diferentes aplicaciones que van desde los equipos para laboratorio a las fibras y a las películas especiales. Las características autolubricantes y antiroce rinden precioso el politetrafluoroetileno en la fabricación de engranajes industriales, prótesis quirúrgicas, revestimientos de baterías de cocina. Se emplea también en la fabricación de bombas, válvulas, filtros y elementos para vehículos espaciales.
Polifluoruro de vinilo. PVF.
Termoplástico.
4.1.4. Ésteres de polivinilo y polimetacrilo. (poliacetato de vinilo, polimetilmetacrilato o plexigás; vidrio acrílico, etc.).
Polimetacrilato metilo. PMMA.
de
Comercializado bajo la marca Plexiglas.
Termoplástico. CARACTERISTICAS: Gran transparencia , además de elevada rigided y tenacidad , buena resistencia química , fácil moldeo , y buen comportamiento dieléctrico. Se pueden obtener planchas por colada entre dos planchas de vidrio para después ser mecanizadas . Para aumentar la dureza y evitar el rayado de las lentes se les dá un tratamiento de fluoración
USOS Y APLICACIONES: Parabrisas y ventanas de aviones, portillos de barcos , claraboyas . Al ser un material muy transparente, se utiliza también en óptica, lentes de máquinas fotográficas, gafas.
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4.1.5. Óxidos, sulfonas y similares. Polímeros con cadena de constitución mezclada – heteropolímeros. PET Polietileno Tereftalato Se produce a partir del Ácido Tereftálico y Etilenglicol, por policondensacion; existiendo dos tipos: grado textil y grado botella.
USOS Y APLICACIONES: Envases de gaseosas, aceites, agua mineral, salsas...( Para el grado botella se lo debe post condensar, existiendo diversos colores para estos usos). Fibras textiles, Cintas de vídeo y audio, películas radiográficas... Geotextiles (telas para pavimentación). CARACTERISTICAS: Barrera a los gases - Transparente - Irrompible - Liviano - No tóxico.
Politereftalato butileno. PBT.
de Se fabrica policondensado en la masa éster dimetílico del ácido tereftálico con 1,4-butadonil .
Termoplástico. CARACTERISTICAS: Alta resistencia a esfuerzos permanentes Alta indeformabilidad al calor, especialmente en los tipos reforzados con fibras de vidrio Alta dureza Buen comportamiento deslizante y frente al desgaste Alta estabilidad dimensional y de forma (bajo coeficiente de dilatación térmica y escasa absorción de agua) Buenas características eléctricas Gran resistencia a los agentes químicos USOS Y APLICACIONES: Industria eléctrica y electrónica, debido a su buen comportamiento aislante, indeformabilidad al calor, estabilidad dimensional, resistencia a los agentes químicos y efectos ignífugos. Se emplea tanto en el sector de las piezas aislantes para extintores como en aislamientos primarios. Electrodomésticos, en los que cumple con las especificaciones adicionales en cuanto a indeformabilidad al calor, características aislantes, resistencia a los agentes químicos y al agrietamiento por tensión, así como calidad superficial. Mecánica de precisión y maquinaria, ruedas dentadas, cojinetes y otros elementos deslizantes gracias a su buen comportamiento deslizante y resistencia al desgaste Industria del automovil por su rigidez, indeformabilidad al calor, decorabilidad y resistencia a la intemperie. Se emplea tanto en aplicaciones interiores como exteriores.
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El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato en su cadena principal. También se denomina policarbonato de bisfenol A, porque se elabora a partir de bisfenol A y fosgeno.
Policarbonato. PC. Ter mop lásti co.
Es amorfo y transparente , aguanta una temperatura de trabajo hasta 135 ºC , y tiene buenas propiedades mecánicas , tenacidad , y resistencia química . CARACTERISTICAS: Virtualmente irrompible. Es 250 veces más resistente al impacto que el vidrio. Excelente comportamiento ante el fuego. Excelente transmisión de luz. Poco peso, menos de la mitad que el vidrio. (Considerando igual espesor). Curvable en frío. No propaga la llama. Aislante térmico (Valor K 2,7 en 6 mm.) Aislante acústico (clasificación STC=31 dB en 6 mm.)
USOS Y APLICACIONES: Carcasas de protección para maquinaria y equipos peligrosos, viseras para protección de la cara. Tapas para cuadros eléctricos y de mandos, cristaleras irrompibles para casetas de obra, coches blindados. Protección antichoque para iluminación de seguridad y emergencia. Señalización urbana y de carretera, letreros, protección de luminosos de neón.
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Poliamidas. PA.
En 1.930 se descubrió un polímero con el que se podían hacer hebras de gran resistencia, era la primera poliamida 6.6, que se comercializó con el nombre de Nylon . En 1.938 se obtuvo la polimerización de la PA 6, que se comercializó con el nombre de Perlon. Se denominan poliamidas, debido a los característicos grupos amida en la cadena principal. Las proteínas (como la seda), también son poliamidas.
Termoplástico.
CARACTERISTICAS: Las poliamidas presentan unas propiedades físicas próximas a las de los metales como la 2 resistencia a la tracción entre 400 - 600 kg/cm . Bajo peso específico entre 1' 04 y 1' 15. Fácil moldeo Resistencia a temperaturas de trabajo de hasta 1200 ºC . Rigidez y resistencia al desgaste, deformaciones y a elevadas temperaturas. Buena resistencia química salvo a ácidos concentrados. Buenas propiedades mecánicas y eléctricas. Tienen un inconveniente , su higroscopidad . Absorven agua en un porcentaje variable , esto hace que disminuyan sus propiedades mecánicas , y aumentan el volumen al hincharse .
USOS Y APLICACIONES: Piezas que exigen buen coeficiente de rozamiento y buena resistencia al desgaste. Piezas que precisen mecanizado con torno automático. Piezas técnicas sometidas a choques, sacudidas e inversiones de sentido. Rodillos y cintas transportadoras. Cojinetes, piezas sometidas a frotamiento. Engranajes, elementos de transmisión.
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4.2. Polímeros termoestables. También llamados durómeros o duroplastos. Son aquellas materias poliméricas que por la acción del calor o mediante endurecedores apropiados, endurecen de forma irreversible y al fundirse se descomponen químicamente. Están formados por macromoléculas reticuladas en el espacio, que en el proceso de endurecimiento, o de curado, se reticulan más estrechamente. A partir de materias primas de bajo peso molecular se forman, en una primera fase, un producto intermedio (prepolímero), de peso molecular intermedio, no reticulado o muy poco y por tanto todavía capaz de fundir (y por tanto de rellenar un molde). La reticulación espacial que da lugar a la formación de la macromolécula termoestable tiene lugar por reacción química (curado) durante el moldeo de la pieza, es decir, durante el proceso de transformación. Puesto que no funden y no reblandecen son materiales que presentan muy buenas propiedades a elevadas temperaturas. Junto con su alta resistencia térmica presentan alta resistencia química, rigidez, dureza superficial, buena estabilidad dimensional, etc. Los acabados son pobres comparados con los de la mayoría de los termoplásticos; por lo general las resinas termoplásticos son bastantes opacas y en muchos casos presentan cierta coloración amarillenta. Sin embargo el empleo de estos materiales ha ido disminuyendo en los últimos años, pues requieren métodos de transformación lentos debido a que la reacción de polimerización tiene lugar durante la transformación.
4.2.1. Fenoplastos o resinas fenólicas (bakelitas, novolacas, resitas). Fenol-formol. PF.
Termoestable.
Las resinas fenólicas son las mas antiguas y aún hoy las mas usadas entre las resinas termofraguantes. Las desarrolló, como es sabido, L. H. Baekeland en el 1909 y tuvieron un gran éxito sobre todo en el periodo entre las dos guerras mundiales. Las masas de estampado fenólico se usan para fabricar elementos de la industria eléctrica, en radio, en televisión, en teléfonos y en la industria automovilística; además se fabrican piezas para el sector de los electrodomésticos, en el sector aerospacial y en la defensa. 4.2.2. Aminoplasto o resinas de urea o melanina con formaldehído. Urea-formol. UF. Termoestable. Son compuestos termofraguantes que se obtienen mediante la reacción de a urea con la formaldehído. Alrededor de 1929 estas resinas habían alcanzado un apreciable desarrollo comercial gracias a sus propiedades y al bajo costo. Como las melanímicas. Tienen el aspecto de un polvo finísimo blanco que se elabora generalmente por estampado a compresión dentro de un molde y con la acción del calor. El principal empleo de las resinas uréicas es el campo de los adhesivos y de las colas; como masas de estampado se utilizan para producir platos, partes de electrodomésticos, componentes eléctricos, teléfonos, aparatos radio, muebles.
Melamina-formol. MF. Termoestable. Las resinas melamínicas, como las uréicas, pertenecen al grupo de compuestos termofraguantes llamados aminoplasta. Las melamínicas se produjeron en forma industrial a partir del final de los años Treinta. Tienen una importancia fundamental en la fabricación de laminados y también para vajillas, platos, partes de electrodomésticos, muebles, artículos decorativos y elementos de aislamiento.
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4.2.3. Otras resinas. Resinas reactivas, también denominadas resinas de reacción líquidas. Su constitución química es tal que pueden reticularse bajo la acción de un catalizador o de un endurecedor y pasan del estado líquido al sólido. Esta reacción se produce sin necesidad de aportación de calor y, frecuentemente, exotérmica. A la resina de base se le suele añadir aditivos modificadores, cargas neutras u otras materias para conseguir algún objetivo concreto; la mezcla puede ser reforzada con fibras de diversa índole. Se utilizan como adhesivos, conglomerantes de áridos, resinas de colada y como material para inyección de obras de fábrica o del terreno. Los tipos principales de resinas reactivas son: - Resinas epoxídicas:
• Resinas epoxi. • Resinas epoxi-acrílicas y otras. - Resinas de poliéster no saturado. - Resinas de metilmetacrilato (furánicas). - Resinas de isocianato (poliuretano). RESINAS EPOXI. EP.
Termoestable.
Las resinas epoxi son resinas sintéticas caracterizadas por poseer en su molécula uno o varios grupos epoxi que pueden polimerizarse, sin aportación de calor, cuando se mezclan con un agente catalizador denominado "agente de curado" o "endurecedor". Por sí solas no tienen aplicación práctica. La inmensa mayoría de las resinas epoxi empleadas en la construcción son productos de condensación que resultan de las epiclorhidrina con compuestos de varios grupos fenólicos, generalmente con el difenol-propano, conmúnmente conocido con el nombre de bisfenol A.
CARACTERISTICAS: Los sistemas epoxi se componen de dos elementos principales: resina y endurecedor, a los que pueden incorporarse agentes modificadores (diluyentes, flexibilizadores, cargas...), para modificar alguna propiedades físicas o químicas del sistema de resina o abaratarlo. - Resinas de base. Las resinas epoxi pueden clasificarse en:
- Éteres glicéricos. - Esteres glicéricos. - Aminas glicéricas. - Alifáticas lineales. - Cicloalifáticas.
- Endurecedores. El endurecimiento de una resina puede hacerse con un agente (una molécula epoxi se une a otra en presencia del catalizador) o con un endurecedor (el reactivo endurecedor o agente de curado se combina con una o más moléculas de resina). Los agentes catalizadores más empleados son las bases fuertes tales como aminas terciarias o materiales fuertemente aceptores de protones, como el trifluoruro de boro. Los reactivos endurecedores pueden clasificarse en: -
Agentes de curado en frío. Reaccionan con las resinas a temperaturas ordinarias o bajas, en atmósferas particularmente húmedas; de este grupo son: las aminas alifáticas primaria, las poliaminas, las poliamidas y los polisocianatos.
- Agentes de curado en caliente. Los más empleados son los anhídridos orgánicos, las aminas primarias y aromáticas y los catalizadores, que son inactivos a temperaturas ordinarias, pero que se descomponen en componentes activos al calentarlos. USOS Y APLICACIONES: Se emplean para coladas, revestimientos, estratificados, encapsulados, prensados, extrusionados, adhesivos y en otras aplicaciones de conglomeración de materiales.
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4.2.4. Poliésteres. Las resinas de poliester constituyen una familia bastante diferenciada y compleja de resinas sintéticas que se obtienen con una grande variedad de materias primas de partida. Las resinas poliester insáturas son líquidos más o menos viscosos de color amarillo pajizo que endurecen con el añadido de catalizadores. Su robusteza, flexibilidad y rigidez pueden ser modificadas con el añadido de aditivos, refuerzos que normalmente pueden ser fibra de vidrio o de carbono. Se emplean en la construcción civil, para conducturas, compuertas, puertas y ventanas, encofrado, vidrios, paneles decorativos; en la náutica más del noventa por ciento de los barcos está construido con resinas poliester reforzado y hoy en día se fabrican también unidades de guerra como por ejemplo los dragaminas y botes para el servicio guardacostas. En la industria de los transportes se fabrican con las resinas de poliester reforzado partes de autobuses, furgones, máquinas agrícolas, roulotte, vagones de ferrocarril. Hay numerosos otros empleos que van desde los botones a los trineos, a los aislantes eléctricos. 4.2.5. Poliuretanos y similares. - El poliuretano es un material plástico que nace de la reacción química entre dos componentes líquidos: el Poliol y el Isocianato. Intervienen además: Catalizadores: Se utilizan para acelerar o retardar la reacción entre el poliol y el isocianato y, por tanto, poder controlar la formación de la espuma. Aditivos y cargas: Son materiales que por sus características, mejoran determinadas propiedades físicas y mecánicas de la espuma de poliuretano. Algunos de ellos son: los antioxidantes, los blanqueadores ópticos, los estabilizadores térmicos, etc. Agentes espumantes: Los agentes espumantes debido a sus propiedades físicas son excelentes hinchantes y los encargados de dar volumen. Estos agentes se evaporan en forma de gas tras la expansión de la espuma debido a su bajo punto de ebullición y utilizando el calor generado por la reacción poliol-isocianato. Dependiendo de la composición de la mezcla poliol-isocianato, y de su densidad, obtendremos poliuretanos con diferentes características: -
espuma rígida.
-
espuma rigida para aislamiento Los sistemas de poliuretano vienen utilizándose en el sector de la construcción desde hace más de 25 años en todo el mundo, tanto para el aislamiento térmico como para la impermeabilización. Y su utilización sigue en alza debido a la posibilidad de impermeabilizar y aislar con rapidez de ejecución, sin intervenir en el proceso normal de la obra. No obstante, existen muchas otras ventajas que a continuación se presentan.
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Características: Impermeabilidad y aislamiento térmico en una sola operación. Material con el más bajo coeficiente de conductividad térmica (l = 0,027 W/mº C). Ligereza de peso disminuyendo la carga de la estructura. Buena resistencia a la compresión (de 1 a 3 Kg/cm2), lo que permite su utilización en azoteas transitables con acabado tradicional. Eliminación de las condensaciones en general y, en especial, las que se presentan en superficies metálicas. Evita la formación de humedades por la condensación, ya que establece una barrera térmica que impide que el tabique interior alcance bajas temperaturas y que se condense la humedad ambiente del interior.
-
espuma flexible (Asientos para coches,
-
un elastómero( Pavimentos, Adhesivos y ligantes, Suelas, ruedas, juntas
-
espuma semirrígida (Asientos para bicicletas, motos, sillines para tractores, apoyabrazos, volantes, parasoles, parachoques de coches y autobuses. Sillas de oficina, asientos.
-
Pinturas y barnices de poliuretano
Proyección: La mezcla sale de la máquina perfectamente homogeneizada y finamente pulverizada. La mezcla se aplica sobre el sustrato con equipos específicos, sin interrupciones. En este método se utilizan sistemas de reactividad controlada para obtener la fase de expansión y endurecimiento de la espuma rápidamente. La proyección se utiliza en la impermeabilización y en la aplicación de aislamientos sobre superficies inclinadas, verticales y horizontales, sin producirse deslizamiento ni goteo del material.
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Poliuretanos. PU.
Termoplástico.
Son polímeros obtenidos mediante la poliadición de los isocianato y de los poliol. Se llaman así porque en su cadena principal contienen enlaces uretano.
Es un excelente plástico de uso industrial que abarca un abanico de durezas tan amplio, que puede alcanzar los valores de los cauchos más blandos y los de los poliamidas más duras, manteniendo siempre su gran elasticidad.
CARACTERISTICAS: Resistente a aceites y grasas. Resistente a la rotura. Gran elasticidad. Resistente a la abrasión. Excelente amortiguador de ruidos y vibraciones. Excelente comportamiento frente a la deformación por presión. USOS Y APLICACIONES: Componen la familia más versátil de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros, pinturas, fibras y adhesivos. Se utilizan en forma flexible para fabricar cojines, colchones, muebles, revestimientos de tejidos En forma rígida para empleos en la industria automovilística, construcción civil, amueblado. Zapatas guía de ascensores por su gran resistencia a la abrasión, grasas y aceites. Apoyos de separación y apilamiento de maquinaria y matrices pesadas. Ruedas para carretillas elevadoras. Poleas y guías para cables. Rodillos para industria textil. Regletas para serigrafía. Troqueles y contra - troqueles para la estampación. Son un aislante térmico y acústico de óptima calidad.
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4.2.6. Polímeros silicónicos
Siliconas (SI).
Las siliconas son polímeros inorgánicos (no contienen átomos de carbono en su cadena principal).
Esta es una cadena alternada de átomos de silicio y de oxígeno. Cada silicona tiene dos grupos unidos a la misma y éstos pueden ser grupos orgánicos.
Termoplástico.
CARACTERISTICAS: Las siliconas constituyen buenos elastómeros porque la cadena principal es muy flexible. Los enlaces entre un átomo de silicio y los dos átomos de oxígeno unidos, son altamente flexibles. El ángulo formado por estos enlaces, puede abrirse y cerrarse como si fuera una tijera, sin demasiados problemas. Esto hace que toda la cadena principal sea flexible.
USOS Y APLICACIONES: El tamaño de los polímeros y el grado de entrecruzamiento pueden regularse según las propiedades que se desee en la silicona. Las siliconas lineales son muy resistentes al calor y su viscosidad apenas varía con la temperatura, por lo que tienen una gran aplicación como lubricantes (aceites multigrado) y líquidos para frenos. Las siliconas entrecruzadas pueden vulcanizarse obteniéndose caucho de silicona, o bien resinas sólidas, que tienen numerosas aplicaciones por su resistencia al calor y a los agentes químicos, así como por sus propiedades aislantes. Otra propiedad importante de las siliconas es que repelen el agua, por lo que se utilizan mucho para fabricar tejidos o papeles impermeables, así como para recubrir con una fina capa los aisladores utilizados en electrónica.
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4.3. Polímeros elastómeros: Cauchos y gomas. Elastómeros, son sustancias constituidas por macromoléculas líneales unidas entre si transversalmente, por puentes de enlace (reticulación suelta). En los elastómeros o cauchos las cadenas de polímero se encuentran enrolladas y retorcidas de forma arbitraria, al azar, lo que les confiere gran flexibilidad para permitir que el material sea capaz de soportar deformaciones muy grandes. El proceso de curado por el que estos polímeros son entrecruzados se suele conocer como vulcanización. Son materiales muy tenaces, resistentes a aceites y grasas, al ozono, y presentan buena flexibilidad a bajas temperaturas; de hecho, todos los elastómeros tiene temperaturas de transición vítrea inferiores a la temperatura ambiente. Presentan, sin embargo, algunas de las desventajas de los termoestables: requieren un procesado lento, lo que consume grandes cantidades de tiempo y energía. Esto ha llevado a que en los últimos años se haya desarrollado un grupo de elastómeros conocidos como elastómeros termoplásticos (TR). Estos elastómeros termoplásticos pueden estar reticulados de forma química o física. -
Químicamente: la reticulación se deshace a temperaturas altas, convirtiéndose en termoplásticos amorfos o semicristalinos que, cuando la temperatura sigue aumentando, adquieren consistencia termoplástica. Tiene, por tanto el comportamiento de uso de los elastómeros y el comportamiento de fusión de los termoplásticos.
-
Físicamente: consiste por lo general en una mezcla de una matriz termoplástica, generalmente PP, mezclada con un caucho, por lo general EPDM. En este caso la matriz termoplástica permite que el material funda y sea moldeado, mientras que las partículas de caucho contribuyen dando tenacidad y elasticidad al material.
En general la capacidad de deformación de los elastómeros termoplásticos es menor que la de los demás elastómeros (elastómeros permanentes).
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5. MOLDEO. El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma.
5.1. El moldeo rotacional Se moldean por rotación artículos huecos mediante el llenado de moldes abiertos, huecos, con material en polvo o pasta y, después de que ha gelificado o fundido una capa suficientemente gruesa de material, se vierte el resto. La maquinaria para el sistema de moldeo rotacional consta de dos ejes cruzados, en el segundo de los cuales van montados los moldes. Se les aplica calor y al rotar sobre los ejes distribuyen el material uniformemente por las paredes. Al enfriarse, el material se solidifica o se ha vulcanizado, y se extrae la pieza endurecida. - Los moldes para recipientes grandes están hechos, generalmente, de chapa metálica de 1,5 a 2 mm de espesor. Suelen fabricarse mediante aluminio colado y los más complejos se pueden obtener por electroformado a partir de cera o modelos de resinas de reacción. - Sistemas de calefacción. Las primeras máquinas para rotomoldeo de plásticos utilizaban calentamiento por llama directa, que se ha sustituído principalmente por cámaras de aire que se calienta en una zona independiente por llama o eléctricamente. - Sistemas de enfriamiento. El enfriamiento se suele realizar en otra cámara con aporte de aire enfriado o pulverización de agua. Otras aplicaciones incluyen la fabricación de cuerpos huecos posteriormente reforzados con fibras de vidrio/poliéster que se utilizan para producir depósitos de alta presión como, por ejemplo, filtros de piscina.
5.2. Colada. La colada consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando emplean moldes de materiales baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, este procedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas.
5.3. Espumado. Consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Por este procedimiento se obtiene la espuma de poliestireno, la espuma de poliuretano (PUR), etc. con los que se fabrican colchones, aislantes termoacústicos, esponjas, embalajes, cascos de ciclismo y patinaje, plafones ligeros y otros. En los últimos años, las espumas plásticas han adquirido una importancia económica progresiva, sobre todo desde el momento en que muchos plásticos admiten la espumación: polimerizados (por ejemplo Polietileno, Poliestireno y PVC), policondensados (Fenoplastos, Aminoplastos, Poliésteres, Resinas epoxy) y poliaductos (Poliuretanos).
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Además, los plásticos celulares no requieren procesos de fabricación especiales. Se pueden obtener directamente por inyección, extrusión o calandrado.
5.4. Moldeo a presión. Son procesos en los cuales los plásticos se introducen a presión en los moldes. 5.4.1. Moldeo a Alta Presión. Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y extrusión. 5.4.1.1. Prensado. El plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica. El prensado de plásticos se inició a principios de este siglo principalmente gracias a la comercialización de la Baquelita (aminoplastos con refuerzo de pulpa de papel o madera), debido principalmente a sus aplicaciones en la industria eléctrica.
Son materiales duros, de alta densidad y resistencia producidos al aplicar alta presión y temperatura a dos o más capas de papel o tejidos de algodón ( o vidrio, o amianto o fibras sintéticas) que están impregnadas con resinas termoestables (resina fenólica fundamentalmente). Cuando el calor y la presión son aplicadas a las capas impregnadas, una reacción química (polimerización) las transforma en una masa sólida. Estos materiales entran dentro del grupo de los llamados MATERIALES COMPUESTOS, y dada la diferente combinación que puede hacerse de sus componentes (papel, telas, fibras sintéticas, vidrio) se obtienen productos muy diversos para múltiples aplicaciones.
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El mismo procedimiento se emplea también para obtener planchas gruesas a partir de un número de capas finas de termoplásticos calandrados, que se extraen de la prensa de platos múltiples calentados después del enfriamiento. Otro tipo de productos fabricados mediante prensado en caliente son los laminados fenólicos con superficie de melamina, descrita en la norma DIN 16926, en los que se suele utilizar como molde planchas metálicas pulidas que pueden tener una superficie grabada. Existen algunos termoplásticos que no pueden transformarse por los procedimientos habituales, como el PTFE, con una viscosidad muy elevada y una gran sensibilidad al cizallamiento. Al no ser viable el moldeo por inyección o extrusión, el PTFE en polvo se conforma a prensa a temperatura ambiente a 200-350 bar hasta logra una densidad de 2,1-3,2 gr/cm y se sinteriza luego a 370-380 C.
5.4.1.2. Inyección. Consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que actúa de igual manera que el émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los que circula agua.
Este proceso está muy extendido, porque permite fabricar artículos moldeados de alta calidad, normalmente sin necesidad de ninguna operación posterior de acabado, incluso para piezas de formas complicadas que han de estar sometidas a tolerancias dimensionales estrictas. Se aplica, sobre todo, a los termoplásticos, y, en menor escala, a los elastómeros ya los termoestables.
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5.4.1.3. Extrusión.
Consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de distintos espesores.
Es un proceso contínuo utilizado para la fabricación de productos semiacabados tales como perfiles, tuberías, planchas y hojas, que deben someterse a acabado antes de ser puestos en servicio.
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5.4.1.4. Soplado La fabricación de cuerpos huecos presenta problemas para la técnica de inyección de plásticos. Por ello, fuera de la técnica de moldeo rotacional que resulta lenta para la producción de envases y otros productos similares, se ha acudido a tecnologías multi-fase, en las que se fabrica primero un material tubular mediante extrusión o inyección y luego se modifica su forma bajo temperatura mediante la inyección de aire en un molde hueco cerrado frío, solidificándose el plástico en su forma definitiva al contacto con sus paredes. La extrusión soplado El uso de la extrusión para producir el elemento tubular a partir del que se forma el cuerpo hueco permite un mejor aprovechamiento de las posibilidades de los materiales multicapa, con lo que se consiguen envases en que la pared está compuesta por capas de distintos materiales que otorgan las características diferenciadas de barrera, resistencia a la radiación UV, características mecánicas o coloración. La extrusión permite una gran versatilidad de formas. En formas simples, es posible producir envases con asa incorporada que se sopla conjuntamente con el cuerpo del envase mediante un pinzamiento parcial de la preforma. Una extrusora sitúa un cuerpo tubular y plastificado entre las dos mitades abiertas de un molde.
El molde se cierra, soldando por pinzamiento uno de sus extremos y se insufla aire a presión por el otro, lo que le obliga a adaptarse a las paredes refrigeradas del molde, adoptando su figura y convirtiéndose en un cuerpo hueco.
Es el principal sistema para la fabricación de envases con plásticos biodegradables.
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La inyección-soplado Primeramente se moldean por inyección las preformas con espesores de pared variables controlados. Posteriormente la preforma caliente es estirada de forma controlada y se inyecta finalmente aire para que el contacto con las paredes frías del molde endurezca el envase de modo casi instantáneo. La inyección-estirado-soplado nació para fabricar envases para bebidas carbónicas en materiales transparentes.
5.4.2. Moldeo a Baja Presión. Se emplea para dar forma a láminas de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente, dos procedimientos: -
Se efectuar el vacío absorbiendo el aire que hay entre la lámina y el molde, de manera que ésta se adapte a la forma del molde. Este tipo de moldeado se emplea para la obtención de envases de productos en moldes que reproducen la forma de los objetos que contienen.
-
Se aplicar aire a presión contra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este procedimiento se denomina moldeo por soplado, como el caso de la extrusión, aunque se trata de dos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la fabricación de cúpulas, piezas huecas, etc.
5.4.2.1. Calandrado. Consiste en hacer pasar el material plástico a través de unos rodillos calientes que producen, mediante presión, láminas de plástico flexibles de diferente espesor. Estas láminas se utilizan para fabricar hules, impermeables o planchas de plástico de poco grosor.
El plástico es calentado y laminado entre dos o varios cilindros hasta formar una lámina continua. Al salir de la calandra, la lámina puede recibir un acabado complementario por estampado, gofrado, flocaje, impresión o metalizado. Este proceso se utiliza, sobre todo, para la fabricación de láminas en PVC y de tejidos recubiertos. No es adecuado para los plásticos demasiado flúidos en estado fundido, como es, por ejemplo, el caso del Polietileno.
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6. PROPIEDADES. A pesar de la gran variedad en la composición y estructura que pueden presentar los distintos plásticos, hay una serie de propiedades comunes que poseen los plásticos y que los distinguen de otros materiales.
6.1. Propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los plásticos tienen una estrecha relación con la temperatura. Al aumentarse ésta, las resistencias disminuyen. Esto es particularmente cierto para los termoplásticos, que se reblandecen a eIevadas temperaturas y se endurecen y vuelven más rígidos al enfriarse. Cuando se emplean termoplásticos debe tenerse en cuenta las temperaturas de utilización. Aumentar la proporción de plastificante puede tener el mismo efecto que aumentar la temperatura. Los termoestables, debido a su estructura interconectada en retícula, son un poco menos afectados por los cambios de temperatura. si bien algunos pueden. reblandecerse y endurecerse moderadamente al aumentar y disminuir las temperaturas. Los plásticos laminados y reforzados con base termoestable son menos afectados debido a que están estabilizados por el material de refuerzo. La variación de carga afecta a la resistencia. Al igual que muchos otros materiales, tales como la madera y el hormigón armado, muchos plásticos pueden aguantar cargas más elevadas. en tiempos de carga cortos o rápidos, que cuando las cargas se aplican lentamente o se dejan en carga durante largos períodos de tiempo. plastificantes y variaciones de carga. Lo mismo que otros materiales, los plásticos pueden fluir, esto es, deformarse continuamente bajo tensión. Esto puede ser importante o apreciable, según el nivel de esfuerzo y de temperatura. A elevados niveles de esfuerzo, la fluencia al principio es también elevada. luego durante un tiempo disminuye, pero finalmente empieza un incremento de velocidad, terminando por fallar. Estos elevados niveles de esfuerzo deben evitarse. Los termoplásticos son más sensibles a la velocidad de carga ya la fluencia que los termoestables, laminados y plásticos reforzados. Sin embargo, niveles demasiado altos de esfuerzo, temperaturas elevadas, o ambas cosas a la vez, pueden conducir a fracasos, como en la posible deformación de las tuberías que conducen fluidos calientes bajo presión, cuando se utilizan materiales no adecuados en condiciones incorrectas. Fabricación: Los procesos de fabricación pueden tener una gran influencia en la resistencia. En los termoplásticos extruidos tal como en tuberías, por ejemplo, las moléculas están en su mayoría orientadas en la dirección de la extrusión, y la resistencia es, por tanto, mayor en esta dirección que en la perpendicular. El mismo efecto direccional puede ocurrir en el moldeo por inyección. En la fabricación de fibras sintéticas de alta resistencia se utiliza deliberadamente esta orientación y alineamiento de moléculas. Aquí, las moléculas se alinean durante el estirado del hilo. De esto resulta que si, por ejemplo, la resistencia a la rotura del nylon es aproximadamente 700 kg/cm2 para los productos moldeados, aumenta hasta 4200 kg/cm2 para la fibra de nylon. Lo mismo ocurre en otros plásticos que pueden utilizarse tanto moldeados como en fibras. Los films extruidos pueden hacerse más resistentes y tenaces por estirado después de la extrusión. La fabricación puede debilitar o reforzar, según los casos. En piezas grandes moldeadas por inyección, por ejemplo, el plástico puede fluir dentro del molde a través de varias entradas. Cuando las diversas masas fluyentes se encuentran, se deben unir o soldar. - Comportamiento a tracción: - Diagramas de tensión-deformación. - Módulo de elasticidad inicial (Eo) en una o dos direcciones. - Deformación remanente. - Relajación de tensión a deformación constante. Tiempo de relajación.
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- Alargamiento de rotura y de fluencia. - Tracción bidimensional. - Resistencia a rotura por reventón. - Comportamiento al esfuerzo tangencial. - Diagramas de tensión tangencial-deformación angular. - Módulo de elasticidad tangencial inicial (Go). - Deformación viscosa y relajación. - Resistencia al corte. - Al desgarre no iniciado. - Al desgarro iniciado. - A la perforación brusca (ensayo de péndulo) o lenta. - Comportamiento reológico: - Tensión límite de fluencia. - Módulo de fluencia. - Curvas reológicas de resistencia extrapoladas hasta sobrepasar los 50 años (106 horas), a distintas temperaturas. - Resistencia al punzamiento. - Resistencia a la fatiga. - Resistencia a la abrasión.
6.1.1. Resistencia a compresión. Según el tipo de plástico, la resistencia a compresión puede variar de 500 a 2.500 Kg/cm2. 6.1.2. Resistencia a tracción. En los plásticos la resistencia a tracción ( varía entre 350 y 550 Kg/cm2 ) es muy inferior a la resistencia a compresión, aunque en algunos casos, para filamentos extruidos en frio se puede llegar a cifras del orden de 4.500 Kg/cm2. Influye en este tipo de resistencia el sistema de moldeo del plástico, así como la temperatura ambiente y la humedad. 6.1.3. Deformabilidad.
6.2. Propiedades físicas Datos físicos constantes. - Peso específico (g/cm2). - Dureza (ensayo Shore en los polímeros blandos y en los elastómeros, y ensayo de penetración en los durómetros, Barcoll). - Punto de fusión (ºC) - Punto de reblandecimiento (ºC) - Temperatura crítica de trabajo (ºC) - Coeficiente de dilatación lineal y cúbica. - Estabilidad dimensional. - Conductividad térmica. - Absorción de agua. - Permeabilidad (coeficiente de Darcy K, o permanencia K/e, en el caso de elementos delgados de espesor e). - Permeabilidad al vapor. - Resistividad eléctrica (en casos especiales).
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6.2.1. Dureza. Los plásticos se comportan de forma muy variable al ser sometidos a ensayos en los cuales se mide la fuerza necesaria para introducir un identador en su superficie. Para otros ensayos se utiliza caída de objetos. Las comparaciones entre materiales son difíciles de hacer, pero es evidente que los plásticos no son tan duros como el acero o el vidrio, pero muchos son más duros que la madera, en el sentido normal a las fibras. Asimismo, la resistencia a ser rayado es difícil de medir y comparar con pleno sentido. Los plásticos se rayan más fácilmente que el vidrio, pero el acabado con melamina, en laminados a alta presión, es más resistente al rayado que las lacas y barnices corrientes. Las ralladuras en los materiales plásticos suelen ser menos irregulares que si se tratara de otros materiales más duros y quebradizos y generalmente pueden eliminarse con facilidad mediante un pulimento.
6.2.2. Tenacidad Las mediciones de la tenacidad son empíricas y los valores obtenidos son comparativos sólo de una manera aproximada. Además, las probetas de plástico para laboratorio pueden diferir ampliamente o de las piezas fabricadas, de la misma manera que el hormigón colocado en obra puede ser bastante diferente de las probetas de laboratorio. Los ensayos de tenacidad que se usan placas o láminas, o bien el impacto de un ~ péndulo pesado golpeando una barra con una pequeña entalla. El trabajo necesario para romper la probeta expresado en kilográmetros por centímetro de entalla se llama resistencia al impacto. Los resultados varían según la formulación química básica y las cargas y, en algún caso, como cuando se ensaya el polietileno, la probeta puede simplemente doblarse y dejar que el péndulo pase de largo. Podemos ver la variabilidad debida ala formulación, examinando lo que ocurre con policloruros de vinilo rígidos, en los que la resistencia al impacto puede variar de 0,4 a 20. Las cargas tienen un marcado efecto: el poliéster rígido de colada tiene una resistencia al impacto entre 0,2 a 0,4 pero cuando se refuerza con fibra de vidrio cortada se eleva a 10, y con un refuerzo de tejido de lana de vidrio, puede llegar hasta 30. El poliestireno normal tiene una resistencia entre 0,25 a 0,40, pero el copolímero ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) llega hasta 10. Los plásticos acrílicos fundidos tienen su resistencia al impacto alrededor de 0,4 a 0.5, siendo de los más quebradizos. Sin embargo, su tenacidad es tal que se usan mucho para acristalar. En un ensayo por caída de bola, una lámina acrílica de 3 mm resiste al impacto de 25 a 30 veces más que un cristal de ventana de 6 mm. Las luces callejeras: de acrílico son otro ejemplo. Para la misma aplicación se utilizan también policarbonatos y plásticos de acetatobutirato de celulosa. En cristales de seguridad, la capa interna de alta tenacidad es de butirato de polivinilo. Junto con el cloruro de polivinilo flexible se utiliza mucho para tapicerías resistentes al desgaste.
6.2.3. Densidad. El rango de densidades de los plásticos es relativamente bajo y se varía entre 0.9 y 2.3 g/cm3. Entre los plásticos de mayor consumo se encuentran el PE y el PP, ambos materiales con densidad inferior a la del agua. La densidad de otros materiales es varias veces mayor, como el aluminio con densidad 2.7 g/cm 3 o el acero con 7.8 g/cm 3 . Esta densidad tan baja se debe fundamentalmente a dos motivos; por un lado los átomos que componen los plásticos como C, H, O y N son ligeros, y por otro, las distancias medias de los átomos dentro de los plásticos son relativamente grandes.
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Material
Densidad
ABS Acetato de Celulosa Copolímero Estireno Acrilonitrilo SAN PA 6 PA 66 PAN PEBD PEMD PEAD PET PP PS PTFE PVC Rígido PVC ( 40% plastificante ) PMMA Policarbonato de Bisfenol A
1.04 - 1' 06 1.25 - 1' 35 1.06 - 1' 10 1.12 - 1´15 1.13 - 1' 16 1.14 – 1.17 0.89 – 0.93 0.93 – 0.94 0.94 – 0.98 1.38 – 1.41 0.85 - 0.92 1.04 - 1.08 2.10 - 2.30 1.38 – 1.41 1.19 – 1.35 1.16 – 1.20 1.20 – 1.22
6.2.3. Permeabilidad. Permeabilidad: Los films de plástico se emplean extensamente como barreras de vapor, como capas superpuestas en una gran variedad de estratificados y para otras muchas aplicaciones similares. También es importante su permeabilidad al vapor de agua. En algunas circunstancias, tales como, en barreras de vapor, se desea una baja permeabilidad, mientras que en otras, la permeabilidad debe ser alta. Algunas formulaciones de fluorcabonos, cloruros de polivinilo y poliolefinas tienen una permeabilidad sumamente baja, así como los plásticos, acrílicos y poliésteres. El elastómero de poliuretano y él poliestireno lo tienen alto, mientras que el nylon y los plásticos vinílicos cubren un amplio rango.
6.2.4. Transparencia. La transparencia de los plásticos es una característica que viene dada por el modo en que se estructuran a nivel molecular. Los plásticos pueden dividirse en cristalinos y amorfos: -
Cristalinos. Se agrupan a nivel molecular en una estructura parecida a la de los cristales geológicos; en condiciones de enfriamiento normal se van formando unos glomérulos denominados esferolitos o cristalitas que se reticulan unos con otros. Estos esferolitos refractan la luz de forma individual, con lo que no se obtiene una transparencia del material, que es simplemente translúcido; muy pocas moléculas poliméricas son totalmente opacas, por lo que la opacidad debe conseguirse, cuando es necesaria, por mediación de cargas o pigmentos. De todos modos, algunos plásticos como el ASA, el POM, el PPE, el PPS o el PTFE pueden considerarse opacos en la práctica.
-
Amorfos. La transparencia va ligada a la cualidad amorfa del polímero. Entre los polímeros de mayor transparencia cabe citar los siguientes:
o o o o o o
el ETFE, con con una transmisión de la luz del 95% el polimetil metacrilato, con un índice del orden del 92%; el polistireno, con un índice igual o mayor del 90%; el policarbonato, que va desde el 80% al 90%; los celulósicos, con índices del orden del 85%; el estireno-acrilo-nitrilo, las poliamidas amorfas, las resinas UP, epoxis y fenólicas y algunos otros plásticos fluorados.
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En cada aplicación son necesarias, además de la transparencia, otras cualidades o características que pueden no poseer los plásticos amorfos. Una de ellas es el coste, por lo que se ha recurrido a medios para hacer transparentes plásticos cristalinos con mejores características mecánicas a un nivel de precio dado. Plásticos con transparencia inducida Aunque muchos plásticos cristalinos son más o menos transparentes en lámina delgada, puede aprovecharse la lentitud de formación de las cristalitas en muchos polímeros para conseguir una elevada transparencia mediante un rápido enfriamiento. El ejemplo más conocido es el del PET, con el que se producen láminas de alta calidad óptica con este procedimiento y para el que, precisamente, la introducción en el campo de los moldeados se produjo con el objeto de fabricar botellas para bebidas gaseosas. Actualmente existen potentes mercados en los que la transparencia es una condición básica. En el campo de los discos compactos se están introduciendo plásticos cristalinos como el PP y en el de acristalamientos para el automóvil se intenta reducir el peso mediante la substitución del vidrio por plásticos. El ejemplo más sobresaliente es el del policarbonato, cuyas cualidades ópticas y térmicas se aprovechan ampliamente para la fabricación de conjuntos de faro, que reducen el coste de montaje debido a la mayor precisión de cotas del producto. En las lunas laterales y la posterior se está introduciendo también el PC con un tratamiento superficial que mejora su resistencia al rayado. Entretanto, se están desarrollando técnicas de extrusión de boquilla plana que permitirán introducir otros polímeros en este campo de aplicación, especialmente olefinas. Otro aspecto de la transparencia de los plásticos es su duración. En general, los polímeros tienden a amarillear por la acción de la radiación ultravioleta, por lo que en la mayoría de los casos es necesario adicionar absorbentes de UV para evitar una degradación fácilmente visible. Transmisión de la luz: Tanto los termoplásticos como los termoestables pueden ser muy transparentes, opacos o tener todos los grados de transparencia y transmisión de la luz intermedios. Un plástico como el metacrilato de metilo está -entre los materiales disponibles más transparentes, con una transmisión de la luz visible del 93% o mejor -casi tan elevado como la teóricamente posible en función del índice de refracción. Otros, tales como ciertos tipos de poliestireno, cloruro de vinilo y plásticos alílicos fundidos se alinean cerca y por debajo, con valores del 88 a 92%, lo que los pone en la misma categoría que los vidrios claros. Colores: Si se añaden pigmentos a la composición, se pierde la claridad, el material se vuelve translúcido en vez de transparente, pudiendo reducirse la transmisión luminosa hasta un punto de total opacidad. En una clase típica de material translúcido blanco, la transmisión de la luz visible puede variar desde un valor tan elevado como el 80% a- uno tan bajo como el 4%. Los colores transparentes se consiguen añadiendo colorantes que absorben determinadas longitudes de onda y transmiten otras; los colores translúcidos, añadiendo pigmentos o pigmentos y colorantes a la vez. Los colores formulados debidamente son permanentes, pero la permanencia, al igual que ocurre con otros materiales, depende de la composición de los colorantes y pigmentos así como de su compatibilidad con el plástico. Algunos plásticos transparentes conservan su transparencia más o menos indefinidamente, mientras que otros, después de una exposición prolongada, se van volviendo amarillos y, progresivamente, oscuros. Los mejores plásticos acrílicos tienen excelentes historias de longevidad. El cloruro de poli- vinilo y el poliestireno estabilizado, tienen también buenas historias, así como el policarbonato. El acetato y acetato-butirato de celulosa, cuando se exponen a la luz solar muestran ligeros cambios o bien ninguno. Otros plásticos transparentes son los poliésteres y epoxis fundidos, algunos fluorcarbonos, fenólicos moldeados, y alguno de los poliolefinos (polietileno y polipropileno).
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Refracción: El índice de refracción de la mayoría de los plásticos transparentes está alrededor de 1,5, no muy diferente de la mayoría de cristales utilizados en la construcción. Para unos cuantos plásticos el índice de refracción es 1,35 o aun algo por debajo, y para otros es tan alto como 1,60 a 1,70. Se pueden hacer lentes, fácilmente, por moldeo u otro tipo de fabricación.. Es posible conducir la luz a lo largo dé una varilla curvada, pulimentada, siempre que el radio de curvatura sea lo suficientemente grande para permitir que todas las reflexiones internas lo hagan según ángulos de incidencia mayores que el crítico, en el que la luz atraviesa la superficie. Se pueden esculpir formas dentro de un bloque transparente e iluminar desde el borde, penetrando la luz en el objeto o forma esculpidos y siendo dispersada desde allí. Características ópticas. - Se considerarán: - Transparencia. - Color. - Brillo. - Turbidez. - Transmitancia. - Reflactancia. 6.2.3. Propiedades eléctricas. Los plásticos conducen muy mal la corriente eléctrica. Presentan resistencias muy elevadas, y por tanto, bajas conductividades. La resistencia eléctrica es función de la temperatura, y a elevadas temperaturas conducen mejor. Gracias a su elevada resistencia eléctrica los plásticos se utilizan frecuentemente como aislantes eléctricos de aparatos y conducciones que funcionan con corriente o la transportan.
6.2.4. Propiedades térmicas. Los metales, por ejemplo, presentan conductividades térmicas 2000 veces mayores que los plásticos; esto se debe a la ausencia de electrones libres en el material. Un inconveniente de la baja conductividad aparece durante la2 transformación de los plásticos. El calor necesario para transformar los plásticos se absorbe de manera muy lenta y, por otra parte la eliminación del calor resulta igualmente costosa. Durante el uso de los plásticos, la baja conductividad térmica aparece como una ventaja, pues permite el empleo de estos materiales como aislantes. Dilatación y contracción Como todos los materiales para Ia construcción, los plásticos se dilatan y contraen al aumentar y disminuir la temperatura, mas para muchos plásticos la magnitud del cambio es apreciablemente mayor que para muchos otros materiales de construcción. Para estos cambios dimensionales deben preverse tolerancias en el proyecto, ya absorbiéndolas por la forma del elemento o bien disponiendo juntas de dilatación. Por ejemplo, una sección curvada puede alabearse o aplanarse ligeramente sin afectar su utilidad. Los marcos para acristalamientos deben dejar espacio para las contracciones y las dilataciones, y las masillas o sellantes empleados deben admitir este movimiento. Transmisión del calor Comparados con los SI metales, los plásticos son aislantes del a calor. La mayoría de los plásticos sólidos no modificados tienen coeficientes de transmisión del calor más altos que la madera en dirección perpendicular a la fibra, pero inferiores a los del cristal, ladrillos u
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hormigón. Los coeficientes de los plásticos reforzados, laminados o con cargas, dependen de la naturaleza de los aditivos. Espumas: Los plásticos espumados están entre los mayores aislantes disponibles, La conductividad térmica de las espumas depende de la densidad, de si las celdas son abiertas o cerradas, del agente de soplado utilizado, y de si el material consistente en granos expansionados o planchas y tableros prefabricados o bien si es espumado en la misma obra. En general, cuanto menor es la densidad, menor es la conductividad térmica K, pero si la densidad resulta demasiado baja, el tamaño de las celdas aumenta aun punto en el que pueden establecerse dentro de las celdillas apreciables corrientes de convección, y la conductividad aumenta. La mayoría de los plásticos utilizados en los aislamientos de edificios tienen densidades comprendidas entre 10 y 35 kg/m'; pero si debe la espuma resistir esfuerzos apreciables, tal como en bloques de soporte o en laminados compuestos (sandwiches) estructurales, la densidad deberá aumentarse. En las espumas de poliuretano el gas englobado en las celdillas puede ser di óxido de carbono O' uno de loS gases fluorcarbonados más pesados, estos últimos, para la misma densidad, proporcionan coeficientes de transmisión de calor apreciablemente menores y se utilizan normalmente en las neveras de paredes delgadas. Temperaturas de servicio: Todos los termoplásticos se reblandecen a temperaturas elevadas y se vuelven más duros cuando la temperatura disminuye. Los termoestables son menos afectados, pero pueden también ablandarse algo cuando aumenta la temperatura. Es importante conocer las máximas temperaturas a las que pueden usarse los plásticos. Las temperaturas que se encuentran en las estructuras de edificación, incluyendo paredes y cubiertas expuestas al sol están, generalmente, por debajo de las temperaturas máximas recomendadas para uso continuo. Unos pocos materiales, tales como el polietileno, de baja densidad, están al margen en este aspecto. Para la madera es limitante la temperatura de carbonización incipiente o de oscurecimiento por el calor; para los metales y el hormigón es la temperatura a la cual se ha perdido el 50% de la resistencia.
Dependencia de la temperatura: Los termoplásticos aumentan algunas propiedades al elevar la temperatura, otras disminuyen y aun otras no resultan afectadas. La misma observación es válida para los termoestables, aunque en menor escala. Fuego; Como otros materiales orgánicos, todos los plásticos pueden ser destruidos. Algunos plásticos no se encienden, otros son auto-extinguibles, y otros queman lenta o rápidamente. En la inflamabilidad tienen un efecto importante las cargas, plastificantes y otros constituyentes. Dado que los constituyentes químicos de los plásticos son similares a los de la madera, papel y tejidos, los productos de la combustión son también similares. 6.2.5. Durabilidad. Debido a su novedad en la construcción, en comparación con la madera, vidrio, metales... todavía hay muchas preguntas no totalmente contestadas con relación a la durabilidad de los plásticos bajo distintas condiciones de exposición. La resistencia a la corrosión es excelente. Igual que otros materiales orgánicos, los plásticos no se enmohecen. La resistencia a la putrefacción es también excelente. Los insectos y los gusanos pueden atacar, a veces, a los plásticos. Es evidente que los plásticos no les proporcionan alimento, pero los insectos pueden atacar por el olor a los plásticos que encuentran en su camino. Todos los plásticos son resistentes a una gran variedad de disolventes, pero no todos a los mismos. Algunos, como el PTFE, son inmunes a prácticamente todos los reactivos químicos.
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La mayoría de los plásticos son resistentes a los disolventes que con más frecuencia podemos encontrar en las viviendas y en las condiciones de uso normal. Resistencia al medio y envejecimiento. - Efecto de los ciclos de hielo y deshielo. - Resistencia a los rayos ultravioletas y a la intemperie (especialmente a la helada). - Resistencia al ozono. - Resistencia química y a los productos almacenados: agua, detergentes, sales, hidrocarburos, alcoholes, ácidos diluidos, ácidos concentrados, etc. - Resistencia a los microorganismos. - Resistencia a las raíces y brotes. - Resistencia a los roedores. - Efecto a las temperaturas (altas y bajas)
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7. APLICACIONES
7.2. Los plásticos reforzados Los composites o plásticos compuestos, están formados por dos componentes inmiscibles que forman dos fases separadas, lo que les confieren propiedades diferentes. Constan de: -
Una matriz, generalmente un polímero termoplástico, aunque ocasionalmente pueden ser termoestables.
-
Una carga, normalmente una fibra, por lo general de vidrio o de carbón.
Las propiedades de los composites no solo dependerán de las características de cada componente, sino también de la naturaleza de la interfase. En estos materiales la carga o refuerzo mejora las propiedades de la matriz polimérica, de modo que combinan todas las ventajas de los termoplásticos o termoestables, según se trate, con las del refuerzo, lo que supone muy buenas propiedades mecánicas.
7.3. Plásticos espumados Son plásticos con una estructura celular, que contienen grandes proporciones de celdillas finas llenas de gas. Estas celdillas pueden ser cerradas o abiertas. Las propiedades físicas de los compuestos resultantes serán intermedias entre las del sólido y las del gas. En los plásticos espumados se consiguen importantes modificaciones en la densidad, conductividad térmica, propiedades dieléctricas y disipación de energía acústica y mecánica. Los agentes de espumación usados en la producción de plásticos celulares se dividen en físicos y químicos, de acuerdo a si el gas se genera por un proceso físico (evaporación, sublimación) o por uno químico (rotura de la estructura química o por otras reacciones químicas). En cuanto a las variaciones de la densidad en los plásticos espumados (o celulares), se cumple exactamente la ley de mezclas; por tanto la densidad del material celular disminuye proporcionalmente a la fracción volumétrica de la fase gaseosa. La conductividad térmica de los gases es muy inferior a la de los sólidos; si las celdillas son cerradas y pequeñas se pueden eliminar dentro de los productos celulares las corrientes de convección. La transferencia de calor por conducción aumenta linealmente con la densidad de la espuma. Por otro lado, el calor radiante se transfiere rápidamente a través de los gases y, por consiguiente, es la fase sólida la que determina la resistencia al flujo de calor por irradiación a través de los productos celulares. En productos celulares, la constante dieléctrica y las pérdidas dieléctricas disminuirán proporcionalmente a la disminución de la densidad. Por ejemplo, si la densidad del PE disminuye de 0,92 a 0,4 g/cm3, la correspondiente disminución de la constante dieléctrica es de 2,29 a 1,4. En cuanto a las propiedades mecánicas el efecto de los agentes espumantes se pone claramente de manifiesto en la rigidez y la absorción de impactos de las piezas.
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La rigidez de un producto celular aumenta ostensiblemente. Por ejemplo, en una viga rectangular, a igualdad de peso de un material sólido y uno espumado, la flexión máxima sería ¼ de la del material sólido. Los productos celulares son capaces de absorber una cantidad considerable energía de impacto, debido a los efecto disipativos de la energía a través de la fase gas. Para evitar el daño de los productos celulares, sin embargo, la fase sólida debe tender a deformarse sin rotura y, consiguientemente, los mejores efectos de amortiguamiento se logran con polímeros elásticos. En cuanto a las propiedades acústicas, en el aislamiento del sonido hay que tener en cuenta dos aspectos: - Aislamiento del sonido generado directamente en el aire. - Sonido resultante de vibraciones resonantes de las estructuras. Los materiales celulares pueden usarse para ambos fines. En el primer caso, la energía de las ondas sonoras es disipada dentro del material celular por un mecanismo de amortiguamiento viscoso del aire, que se comprime o mueve a través de las células intercomunicadas. Por otro lado, la reducción del sonido resultante de las vibraciones de las estructuras, puede lograrse sólo aumentando la rigidez de la propia estructura. Por tanto, tomando como base el peso, los productos celulares son intrínsecamente más rígidos que los materiales sólidos de los que provienen y puede decirse que una reducción de los ruidos por vibraciones puede lograrse también por espumación.
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