Polímeros, Cerámicos y Materiales Compuestos: Propiedades, Clasificación y Aplicaciones

Polímeros

Los polímeros son moléculas grandes formadas por la unión de monómeros idénticos, creando cadenas mediante enlaces covalentes.

Tipos de Polímeros

• Termoplásticos: Son plásticos que al calentarlos se deforman y al enfriarlos recuperan sus propiedades.
• Termoestables: Son plásticos que al calentarlos pierden irreversiblemente sus propiedades.
• Elastómeros: Se deforman al aplicarles tensión, pero si esta cesa, recuperan su forma inicial (cauchos).

Conceptos Clave

• Polimerización: Proceso químico por el cual se obtiene un polímero a partir de un monómero sometido a ciertas condiciones. Para que se produzca es necesaria la presencia de catalizadores.
  • Grado de polimerización: Número de monómeros que forman un polímero con una longitud de cadena media.
  • Fases de la polimerización: Inducción o iniciación, propagación, fase final.
• Temperatura de transición vítrea: Es la temperatura a la cual un sólido plástico se transforma en un sólido rígido y frágil.
• Vulcanización: Se unen las cadenas que forman los cauchos mediante presión y calor. Impide la deformación plástica, manteniendo una elevada deformación elástica.
• Configuración molecular: Isotáctica, sindiotáctica o alternada, atáctica.

Clasificación de Polímeros

• Origen:
  • Polímeros de origen natural (almidón, caucho natural)
  • Polímeros sintéticos (PVC)
• Composición:
  • Polímeros orgánicos (plásticos, no contienen silicio)
  • Polímeros inorgánicos (siliconas, contienen átomos de silicio)
• Comportamiento térmico:
  • Termoplásticos (cristalinidad)
  • Elastómeros (amorfos)
  • Termoestables (amorfos)

Despolimerización

La despolimerización es el proceso inverso a la polimerización, es decir, la descomposición del material plástico por la acción de agentes exteriores.

Propiedades de los Polímeros

• Baja densidad
• Buenos aislantes térmicos
• Pequeña conductividad calórica
• Fácil maquinabilidad y conformación por moldeo
• Buena resistencia a los agentes químicos y corrosivos
• Fácil coloración
• Buena transparencia
• Adherencia a otros materiales
• Buena elasticidad
• Limitación en el uso a temperaturas altas
• Gran coeficiente de dilatación térmica

Etapas de Desarrollo de los Polímeros

• 1838: Regnault logra la polimerización del cloruro de vinilo.
• 1839: Goodyear descubre el procedimiento de vulcanización del caucho.
• 1907: Comienza a comercializarse la baquelita.
• 1922: Empieza a admitirse la teoría macromolecular.
• 1943: Comienza la fabricación industrial de siliconas.

Aditivos para Polímeros

Cualquier plástico comercial está compuesto por el polímero (o resina sintética) y aditivos. Los grupos de aditivos incluyen: cargas, plastificantes, estabilizadores, endurecedores, disolventes, lubricantes y colorantes.

Materiales Compuestos

Los materiales compuestos son mezclas de materiales donde sus constituyentes conservan su identidad química. Están formados por una fase discontinua (refuerzo) y por otra fase continua o matriz responsable de la resistencia térmica y ambiental, que engloba al refuerzo y hace del material una estructura monolítica. Ejemplos: fibra de vidrio, maderas, hormigones.

Reforzamiento de Materiales Compuestos

• Por partículas
• Por fibras
  • Fibras discontinuas o cortas
  • Fibras continuas o largas

Clasificación de Fibras según su Naturaleza

• Metálicas
• Poliméricas
• Fibras de aramida
• Cerámicas
• Fibra de vidrio
• Fibra de carbono o grafito

Clasificación de Matrices

• Metálicas: Aleaciones ligeras y de cobre
• Poliméricas: Termoplásticas, termoestables
• Cerámicas

Plástico cristalino se funde y amorfo se reblandece: Los cristalinos tienen temperaturas de fusión y los amorfos no, sino un intervalo de reblandecimiento.

Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos son piezas, componentes o dispositivos constituidos por compuestos inorgánicos, no metálicos, cuya característica fundamental es que son consolidados mediante tratamientos térmicos a altas temperaturas.

Clasificación de Cerámicos

• Cerámicos tradicionales
• Materiales estructurales o funcionales
• Cerámicas térmicas o estructurales
• Cerámicas eléctricas o electrocerámicas
• Cerámicas cristalinas y amorfas

Características de los Cerámicos

• Enlace iónico: Estabilidad relativamente alta
• Enlace covalente: Fragilidad, baja resistencia a cambios de temperatura, número de electrones libres escaso

Funciones de los Cerámicos

• Eléctrica
• Magnética
• Óptica
• Química
• Térmica
• Mecánica
• Biológica

Cerámicos Amorfos (Vidrios)

Los cerámicos amorfos (vidrios) son materiales sólidos inorgánicos que, de ordinario, no cristalizan cuando se les enfría desde el estado líquido.

Propiedades de los Cerámicos Amorfos

• Propiedades eléctricas: Valores altos de resistencia eléctrica, aislantes.
• Propiedades mecánicas: Comportamiento elástico, con fibra las mejora.
• Propiedades químicas: Estables y excelente resistencia a la mayor parte de compuestos químicos.
• Otras propiedades: Elevado coeficiente de dilatación limita su empleo en electrotecnia.

Clasificación de Vidrios

• De cuarzo fundido (90% sílice)
• De sodio y calcio
• Plomo-álcalis
• Boro y sílice
• Aluminio y sílice