Fundamentos de la Ciencia de Materiales: Desvitrificación, Sinterización y Transición Vítrea en Polímeros
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Procesos de Transformación Térmica en Materiales
Desvitrificación
La desvitrificación es el proceso mediante el cual los vidrios se transforman desde un estado no cristalino (amorfo) a un estado cristalino. Esta transformación se induce generalmente por un tratamiento térmico a temperaturas elevadas.
Sinterización
La sinterización es un tratamiento térmico aplicado a un polvo o compactado (metálico o cerámico) a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla. El objetivo principal de este proceso es incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza mediante la creación de enlaces fuertes entre las partículas.
La Temperatura de Transición Vítrea (Tg)
Definición de la Temperatura de Transición Vítrea
La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se produce una seudotransición termodinámica en materiales vítreos. Este fenómeno se observa en vidrios, polímeros y otros materiales inorgánicos amorfos, marcando la transición entre un estado líquido (viscoso) y un estado sólido (amorfo).
Tg y Propiedades Mecánicas de los Polímeros
La temperatura de transición vítrea de los polímeros es crucial, ya que determina la temperatura en la cual el polímero cambia significativamente sus propiedades mecánicas:
- Si la Tg es ligeramente inferior a la temperatura ambiente, el polímero se comporta como un material elástico (un elastómero).
- Si la Tg es superior a la temperatura ambiente, el polímero se comporta como un material rígido (un termoestable).
Nota: En el caso de los materiales puramente cristalinos, la disminución en volumen es discontinua y ocurre directamente a la temperatura de fusión, a diferencia de la seudotransición observada en materiales vítreos.
Cristalinidad y Estructuras en Polímeros
Grado de Cristalinidad de un Polímero
El grado de cristalinidad se refiere a la proporción de material que ha adoptado una estructura ordenada y regular. Este grado depende directamente de la ordenación de la estructura del polímero. Si la estructura es regular y ordenada, el polímero se empaquetará fácilmente en forma de cristales; de lo contrario, permanecerá predominantemente amorfo.
Determinación del Grado de Cristalinidad
El grado de cristalinidad se determina habitualmente a partir de medidas de densidad, utilizando la relación entre:
- La densidad del material al que se desea averiguar el grado de cristalinidad.
- La densidad del material cristalino puro.
- La densidad del material amorfo puro.
Estructuras Cristalinas en Polímeros
Esferulitas
Las esferulitas son aglomeraciones de cristales con forma esférica. Estas estructuras crecen radialmente, pegándose unas con otras, lo que provoca el ensanchamiento de la periferia hasta formar una esfera completa. En una porción de polímero cristalino, pueden existir varios millones de esferulitas.
Lamellas
Una lamella es la estructura cristalina fundamental que compone la esferulita. Se forma desde un núcleo central, creciendo de manera tridimensional, similar a los radios de una rueda de bicicleta. El conjunto de estas lamellas constituye la esferulita.