Introducción a los Materiales Poliméricos: Propiedades, Procesamiento y Tipos

Mecanismos de Endurecimiento

1. Aumentar el grado de cristalinidad: un menor grado de ramificación aumenta la resistencia a la corrosión.
2. Introducción de grupos voluminosos: restricción de movimientos, menor compacidad y grado de cristalización.
3. Enlace de átomos altamente polares en la cadena principal: enlaces más fuertes entre cadenas.
4. Introducción de átomos de N, O en la cadena principal.
5. Introducción de anillos fenilo en la cadena principal: baja polaridad → estabilidad dimensional, bajo coeficiente de rozamiento, resistencia al desgaste. Cristalinidad → resistencia química.
6. Incorporar refuerzo.
7. Factor tamaño, peso molecular, distribución del peso molecular.
8. Estirado en frío de fibras.

Técnicas de Conformado

Termoplásticos

• Extrusión
• Inyección
• Soplado
• Termoformado
• Moldeo rotacional

Termoestables

• Moldeo por compresión
• Transferencia
• Inyección por reacción

Extrusión: Proceso mediante el cual el material en estado fundido es forzado, por aplicación de presión y calor, a pasar a través de una boquilla. Partes del husillo:

• Tolva de alimentación
• Elementos calefactores
• Camisa
• Husillo
• Placa rompedora y dado

Dos tipos: polietileno (baja temperatura de fusión, alta distribución del peso molecular) y tipo nylon (alta temperatura de fusión). Plato rompedor: evita impurezas, crea frente de presión. Dado: confiere la forma. Ventajas: proceso continuo, gran volumen, bajo coste, fusión eficiente, variedad de materias primas, buena mezcla. Contras: formas sencillas, secciones uniformes. Inyección: Tolva de alimentación, elementos calefactores, sistema de dosificación, plastificación e inyección, válvula de retroceso, boquilla. Menor eficacia que la extrusión, influye la temperatura de la resina y el tipo si son amorfos o cristalinos. Soplado: Formación de piezas huecas a partir de tubos de plásticos preformados (macarrón, preforma o parisón) que se expanden sobre las paredes internas de un molde mediante la inyección de aire comprimido.

• Moldeo por extrusión-soplado: Menor coste de la máquina y accesorios, ciclo total más corto, posibilidad de empleo de más tipos de resinas. Genera más desperdicios (rebabas), necesidad de operaciones de desbaste posteriores.
• Moldeo por inyección-soplado: La pieza final posee una mayor precisión dimensional, paredes de espesores uniformes, no hay cicatrices, diseño de bases más estables, no hay rebabas, mejores propiedades mecánicas (orientación biaxial), mayor transparencia. Más caro.

Materiales Compuestos

Fuertes y rígidos, de baja densidad, resistentes a la abrasión, no se corroen, materiales multifásicos fabricados artificialmente. Además, las fases constituidas:

• Deben ser químicamente diferentes.
• Deben estar separadas por una fase definida.

Matriz + refuerzo. La matriz transmite la carga al refuerzo, protege las fibras a través de la interfase. Puede ser polimérica:

• Termoestable (uniones covalentes formadas en la reticulación o curado, fáciles de procesar, más tenaces y frágiles).
• Termoplásticas (no tienen uniones permanentes, más difíciles de procesar y reciclables).

Refuerzo: soportan los esfuerzos mecánicos.

Plásticos Reforzados con Fibra de Vidrio (GRP)

Material compuesto formado por una matriz de plástico (poliéster, viniléster y otros termoplásticos) o termoestables (resinas epoxi) reforzada con fibras de vidrio (continuas o discontinuas), fácilmente hilable y económico. Características del plástico reforzado con FV:

• Material ligero y fácil de moldear.
• Combina la alta resistencia de las delgadas FV con la ductilidad de la matriz polimérica (alta resistencia específica).
• Buena resistencia química  Ambientes corrosivos.
• Menor resistencia y módulo de tensión que FC y FA pero mayor elongación.
• Mayor densidad de fibras respecto a FC y FA.

Plásticos Reforzados con Fibra de Carbono (CFRP)

Materiales compuestos de matrices resinosas del tipo termoestable y como refuerzo fibras de carbono. Baja densidad, resistentes y tenaces, resistentes a la temperatura, aislamiento térmico, elevado precio.

Plásticos Reforzados con Fibra de Polímeros

Matriz de polímero y refuerzo polimérico de aramidas (poliamidas aromáticas) (AFRP). Se utilizan para obtener buenas propiedades mecánicas y ligereza.