Poli Meros
Transcript of Poli Meros
-
Cuales son las caractersticas principales de los polmeros?
Cmo afecta el peso molecular a las propiedades de los polmeros? Cmo se acomodan los cristales en la cadena polimrica?
Polmeros
-
Qu es un polmero?
Poli mero muchos unidad repetida
C C C C C C
H H H H H H
H H H H H H
Polietileno (PE)
Cl Cl Cl
C C C C C C
H H H
H H H H H H
(PVC)
H H
H H H H
Polipropileno (PP)
C C C C C C
CH3
H H
CH3 CH3 H
Unidad
repetida
Unidad
repetida
Unidad
repetida
-
Historia de
los polmeros
Polmeros naturales
Madera Caucho
Algodn Lana
Piel/Cuero Seda
Usos en la antigedad
Pelotas de caucho usadas por los Incas
Brea de los rboles
-
Los polmeros en la actualidad
-
Isomerismo
Isomerismo
Dos compuestos pueden tener la misma frmula qumica pero estructura diferente
HCCCCH
H H H H
H H H H
H H H
HCCCH
HCH H H
Butano IsoButano
C4 H10
-
Polmeros comunes
-
Peso molecular, mi: La suma de los pesos atmicos de todos los tomos de la
molcula
Peso molecular
Bajo m Alto m
mi= # tomosE1 x PAE1 + # tomosE2 x PAE2
-
molculas de total#
polmero del totalpesonM
iiw
iin
MwM
MxM
Mw es ms sensible a
pesos moleculares altos.
Adapted from Fig. 14.4, Callister 7e.
Peso Molecular C
antidad d
e P
olm
ero
Mn
Mw
Xi= fraccin del numero de cadenas en el intervalo seleccionado
Mi= Peso molecular promedio en el intervalo
Wi= Fraccin del peso molecular en el intervalo
Mw= Peso molecular promedio msico
Mn= Peso molecular promedio numrico
-
Calcule el peso molecular para la
unidad repetida del butano C4 H10
HCCCCH
H H H H
H H H H
PA= Pesos atmicos de cada elemento
C= 12 g/mol
H= 1 g/mol
m= # tomosC x PAC + # tomosH x P AH
m= 4 x 12.01 g/mol + 10 x 1.08
m= 58.84 g/mol
-
Grado de polimerizacin
n = nmero de unidades repetidas por cadena
ii
w
iiw
n
iin
mfm
m
m
Mnwn
m
MnxnGP
repetida unidad la de promediomolecular peso Donde
C C C C C C C CH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C C C C
H
H
H
H
H
H
H
H
H( ) ni = 6
peso mol. De la
unidad repetida
Fraccin de la
cadena
-
Calcule el peso molecular de la unidad repetida del
polipropileno y tambin calcule el del peso molecular
promedio numrico; si el grado de polimerizacin es
15,000
CC
H H
H CH3
PA= Pesos atmicos de cada elemento
C= 12 g/mol
H= 1 g/mol
m= # tomosC x PAC + # tomosH x P AH
m= 3 x 12.01 g/mol + 6 x 1.08
m= 42.08 g/mol
m
MnxnGP
n
iinnMx 08.4215000
molgM n /200,631
-
configuraciones y resistencia:
Incremento en la resistencia
Estructuras moleculares
Ramificada Entrecruzada Reticulados Lineal
-
Copolmeros
Dos o mas monmeros polimerizados juntos
Aleatorio A y B se acomodan aleatoriamente en la cadena
Alternados A y B se acomodan alternadamente en la cadena
Bloque Bloques grandes de A y bloques grandes B se acomodan en la cadena
Injerto Cadenas de B se injertan en la cadena principal de A
A B
Aleatorio
bloque
injerto
alternado
Unidades Monomricas
-
Cristalinidad de los polmeros
Los polmeros son raramente 100% cristalinos
Muchas complicaciones para alinear cadenas
% Cristalinidad: % del material que es cristalino.
-- TS y E por lo regular incrementan
con % Cristalinidad.
-- Recocido ocaciona el crecimiento de
regiones cristalinas. Por lo que
% Cristalinidad incrementa.
Regin cristalina
Regin
amorfa
Regin
amorfa
Regin de alta
cristalinidad
Ordenamiento de las molculas
-
Forma de los cristales polimricos
Monocristal de polietileno solo si el creciemiento es
lento
100*)(
)(%
acs
ascdadcristalini
s
a
c
Densidad de la muestra para la cual se pretende
determinar el porcentaje de cristalinidad
Densidad del polmero totalmente amorfo
Densidad del polmero totalmente cristalino
-
La densidad total del Nylon 6,6 totalmente cristalino a temperatura
ambiente es de 1.263 g/cm3 . Tambin se sabe que la estructura del
material es triclnica y presenta los parmetros siguientes:
a=0.497 nm = 48.4 b=0.547 nm =76.6 c=1.729 nm =62.5
ACNV
nA
n= nmero de tomos asociado a cada celda unitaria
A= Peso atmico
Vc= Volumen de la celda unitaria
NA= Numero de Avogadro 6.023x1023 Atomos/mol unidades rep/ mol
Si el volumen de la celda triclnica
CosCosCosCosCosCosabcVtri 21222
Determine el # de unidades repetidas
-
Comportamiento mecnico de los polmeros
Curva esfuerzo- deformacin de un polmero
deformaciones > 1000% (para metales,
deformacin mxima. 10% o menos)
Polmero frgil
plstico
elastmero
Mdulo Elstico
menor al de los metales
Esfu
erz
o
Deformacin
nM
ATSTS
TS= resistencia a la traccin
TS= Resistencia a la traccin
para un peso molecular infinito
A= Constante
-
Respuesta a la Traccin: Frgil & Plstico
Fractura frgil
Fractura plstica
(MPa)
x
x
Deslizamiento de la
Regin cristalina
fibras
Cerca de la
fractura
Alineamiento en dircc. esfuerzo
De la regin cristalina
Estriccin
necking
Inicial
Cerca de romperse
Caso
Semi cristalino
alineamiento,
del caso
entrecruzado
Caso
reticulado
Elongacin
De la regin amorfa
Sin carga/ con carga
Stress-strain curves
-
Predeformacin por trefilado
Trefilado(ej: monofilamento hilo de pescar) -- Se estira el polmero antes de usarse
-- alinean las cadenas en la direccin de la carga
Resultado del trefilado: -- Incremento en el mdulo elstico (E) en la
direccin del estirado
-- Incrementa la resistencia a la traccin (TS) en la
direccin del estirado
-- disminuye la ductilidad (%EL)
Recocido despus del trefilado... -- disminuye la alineacin de las cadenas
-- Efecto contrario al trefilado.
Se Compara con el trabajo en fro en metales!
-
Compara a las respuestas de otro tipo de polimeros: -- Respuesta Frgil (polimeros lineales, entrecruzados y reticulados )
-- Respuesta Plstica (polimeros semi-cristalinos)
Stress-strain curves
Respuesta a la traccin: Elastmero
(MPa)
inicial: Cadenas son amorfas rizados, Entrecruzados.
x
final: cadenas estan estiradas,
aun entrecurzadas
elastmero
Deformacin es reversible!
Fractura frgil
Fractura plstica x
x
-
Viscoelasticidad
La viscoeleasticidad, tambin conocida como anelasticidad, es el tipo de comportamiento que presentan ciertos materiales que
exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elsticas
cuando se deforman.
Reologa
Estudio de los principios fsicos que regulan el movimiento de los fluidos.
-
Termoplsticos: -- poco entrecruzamiento
-- dctiles
-- ablandan con calor
-- polietileno
polipropileno
policarbonato
poliestireno
Termofijos: -- mayor entrecruzamiento
(10 a 50% )
-- Duros y frgiles
-- No se ablandan con el calor
-- Hule vulcanizado, epxicos,
resina poliester, resina fenlica
Termoplsticos vs. Termofijos
Callister, Fig. 16.9
T
Peso Molecular
Tg
Tm Liquido fluido
Liquido viscoso
Hule
Plstico tenaz
Slido
parcialmente crsitalino Slido
Cristalino
-
Polmeros termo-plsticos y termofijos
Termo-plsticos
Ablandan con la T
Fundirse pero al enfriarse regresan al estado inicial
Termo-fijos
Se endurecen al calentarse
No se ablandan
-
Disminuyendo T... -- incrementa E
-- incrementa TS
-- disminuye %EL
Incrementando Razn de deformacin... -- mismos efectos
que disminuyendo T.
T y Razn de deformacin: Termoplsticos
20
4 0
6 0
8 0
0 0 0.1 0.2 0.3
4C
20C
40C
60C to 1.3
(MPa)
Datos para un
polmero
semicristalino : PMMA (Plexiglas)
-
Fusin vs. Temp Transicin Vtrea
Que factores afectan a Tm y Tg?
Ambas Tm y Tg incrementan al incrementar la resistencia de las
cadenas
La resistencia de las cadenas incrementa por:
Peso molecular, tipos de enlaces,
elementos presentes.
Slido semicristalino
Slido cristalino
Temperatura
Liquido
Amorfo
Vo
lum
en
esp
ecf
ico
Tg temperatura crtica en la cual
el polmero deja de ser rgido y
comienza a ser blando.
-
Relajacin de esfuerzos:
-- Se mantiene la deformacin .
-- Disminuye el esfuerzo
con el tiempo.
o
r
ttE
)()(
Mdulo de relajacin:
Tg( C) :
PE (baja densidad)
PE (alta densidad)
PVC
PS
PC
- 110
- 90
+ 87
+100
+150
Deformacin dependiente del tiempo
time
deformacin
Prueba de traccin
o
(t)
(Poliestireno
amorfo)
10 3
10 1
10 -1
10 -3
10 5
60 100 140 180
Slidos rgidos (relajacin pequea)
Regin de
Transicin
T(C) Tg
Er (10s)
en MPa
Liquido viscoso
(Relajacin grande)
)()( 0
ttEc
Mdulo de cedencia:
Esfuerzo= Cte
Monitorea def. en t
Deformacin Cte.
Monitorea Esf. en t
-
Fractura de polmeros
Puente de fibras Micro huecos Grieta
Cadenas alineadas
Adapted from Fig. 15.9,
Callister 7e.
Crazing Fractura en metales
-
Procesado de plsticos Moldeo
Compresin y por transferencia
termoplsticos o termofijos
Base del
molde
Calentamiento
y
enfriamiento
Embolo
hidrulico
Platina
Platina
Cavidad del molde
Relieve
Guas
material
-
Procesado de Plsticos - Moldeo
Inyeccin de plsticos
termoplsticos y algunos termofijos
Adapted from Fig. 15.24,
Callister 7e. (Fig. 15.24 is from
F.W. Billmeyer, Jr., Textbook of
Polymer Science, 2nd edition,
John Wiley & Sons, 1971. )
Cavidad
Del molde
Molde Boquilla
Cmara de calentamiento
Embolo
hidrulico
Alimentacin
Distribuidor
-
Procesado de Plsticos - Extrusin
Alimentacin Materia prima
(pellets) Calentadores
Dado de
extrusin
Gusano
transportador
Plstico fundido Producto
Tubos
Lminas y pelculas
Perfiles
Can de extrusin
-
Aire
Aire calentadores
Dado extrusor
Plstico Fundido
Burbuja de aire Rodillos Gua
Rodillos
moldeadores
Burbuja
de aire
Extrusin por soplado
Bolsas y pelculas
-
La resistencia a la traccin y el peso molecular de dos polmeros se
muestra en la siguiente tabla:
TS (MPa) Peso molecular Promedio
numrico (g/mol)
90 20 000
180 40 000
nMDetermine el peso molecular
promedio numrico que se requiere
para alcanzar una resistencia a la
tensin de 140 MPa
nM
ATSTS