Propiedades eléctricasLos polímeros industriales se consideran que en general se comportan como

malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente como materiales

aislantes en la industria eléctrica y electrónica.

Las baquelitas (resinas fenólicas) sustituyeron a las porcelanas y el vidrio en el aparellaje de

baja tensión hace ya muchos años; termoplásticos como el PVC y los PE, entre otros, se

utilizan en la fabricación de cables eléctricos, llegando en la actualidad a tensiones de

aplicación superiores a los 20 kV (cables secos, sin aceite), y casi todas las carcasas de los

equipos electrónicos (ordenadores, estufas, secadores, batidoras...) se construyen en

termoplásticos con muy buenas propiedades mecánicas, eléctricas, con gran duración y

resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas ABS.

Para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado antiestáticos que

permiten, en la superficie del polímero, una conducción parcial de cargas eléctricas. Los

polímeros más susceptibles de acumulación de carga son los nylons, acrílicos... Los agentes

antiestáticos, llamados desestatizadores, se utilizan para reducir la acumulación de cargas

electrostáticas en la superficie de los plásticos debido a su inherente mala conductividad

eléctrica. Atraen la humedad para aumentar la conductividad superficial y así se reduce la

posibilidad de que se produzca una chispa o descarga. Los agentes antiestáticos más comunes

son compuestos cuaternarios de amonio, ésteres fosfóricos y ésteres de polietilenglicol.

Evidentemente la principal desventaja de los materiales plásticos en estas aplicaciones está en

relación a la pérdida de características mecánicas y geométricas con la temperatura. Sin

embargo, ya se dispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas relativamente

elevadas (superiores a los 200 °C), como por ejemplo: polímeros de poliuretano.

Las propiedades eléctricas de los polímeros industriales están determinadas principalmente,

por la naturaleza química del material (enlaces covalentes de mayor o menor polaridad) y son

poco sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, que afecta mucho más a

las propiedades mecánicas. Su estudio se acomete mediante ensayos de comportamiento en

campos eléctricos de distinta intensidad y frecuencia. Seguidamente se analizan las

características eléctricas de estos materiales.

Los polímeros conductores han sido recientemente (1974) desarrollados y sus aplicaciones

están siendo estudiadas. Los plásticos conductores tienen un gran futuro en la tecnología de la

información.

[editar]Resistencia y rigidez dieléctrica

[editar]Resistencia eléctrica

Los polímeros industriales siguen la ley de Ohm hasta valores muy altos de campo eléctrico

J = σ·E

donde J = Densidad de corriente (A/m²), σ = Conductividad eléctrica (1/(Ω·m)) y E = Intensidad

de campo eléctrico (V/m). La resistividad eléctrica ρ es la inversa de la conductividad eléctrica y

suele estar comprendida entre 10e8 y 10e20 Ω·m. La baja conductividad eléctrica de lo

polímeros es debida a la emigración de iones extraños ocluidos en su masa (restos de

monómeros o de catalizadores), que se desplazan movidos por el efecto del campo eléctrico.

ReaLmente no existe un flujo libre de electrones, como ocurre en los metales. La movilidad de

los iones en la masa del polímero es mayor cuando aumenta la temperatura, pudiéndose

expresar el aumento de conductividad eléctrica con la temperatura mediante:

log σ = a - b/T

donde a y b son constantes.

En campos alternos la conductividad eléctrica tiene exactamente el mismo valor que en

campos continuos, hasta valores muy altos de la frecuencia.

Independientemente de la resistencia que ofrecen los polímeros al paso de la corriente eléctrica

a su través, es importante considerar su comportamiento al paso de la corriente por su

superficie.

Presencia de iones extraños dentro del material:

La presencia de iones extraños, incluso de humedad, puede hacer conductora la superficie de

forma que el paso de la corriente eléctrica se produce principalmente por ella. Este fenómeno

puede caracterizarse mediante una cierta resistencia (resistividad superficial se le denomina

para diferenciarla de la resistividad específica o volumétrica), mediante ohmios. Este puede

manifestarse con la aparición de cargas estáticas. Para evitar este inconveniente, en la

fabricación del polímero se añaden aditivos antiestáticos (agentes ionizables) que pueden

emigrar desde la masa del polímero a su superficie, proporcionando, con la ayuda de la

humedad atmosférica, una cierta conductividad superficial que elimina la presencia de las

cargas estáticas.

Ejemplo: las películas que se adhieren fuertemente entre sí, dificultando su manipulación. Solución: en la fabricación del polímero se añaden aditivos antiestáticos (agentes ionizables) que pueden emigrar desde la masa del polímero a su superficie, proporcionando, con la ayuda de la humedad atmosférica, una cierta conductividad superficial que elimina la presencia de las cargas estáticas.

Polímeros semiconductores:[1]

Debido a su baja conductividad eléctrica los plásticos se han utilizado tradicionalmente como

aislantes en la industria eléctrica y en la electrónica. Sin embargo, en la actualidad se están

desarrollando nuevos polímeros semiconductores, cuya particular estructura molecular les

proporciona una gran movilidad electrónica. Estos plásticos están constituidos,

fundamentalmente, por cadenas de átomos de carbono con dobles enlaces conjugados que

entran en resonancia, solapándose sus orbitales a lo largo de la cadena macromolecular (como

ocurre en los anillos bencénicos); de esta forma se originan anchas bandas de energía, en

lugar de en los orbitales específicos con niveles discretos de energía en los que quedan fijados

los electrones de los polímeros aislantes. La presencia de determinadas impurezas (dopantes)

altera la distribución electrónica, vaciando parcialmente las bandas energéticas con lo que se

potencia considerablemente la conductividad del material.

Así resulta que algunos polímeros lineales derivados del poliacetileno (-C=C=C=C=C=C-) y

otros, cuyas cadenas principales son totalmente aromáticas (como el poliparafenileno y la

polianilina), resultan casi tan buenos conductores como algunos metales a la temperatura

ambiente.

Limitación: en aplicaciones industriales (en baterías y circuitos impresos, por ejemplo) debido a que los unos se oxidan muy fácilmente y no pueden estar en contacto con soluciones acuosas, mientras que los otros son excesivamente rígidos y frágiles y, por ser infusibles e insolubles, no se pueden procesar mediante las técnicas convencionales de transformación. Tan pronto se superen estas dificultades, se espera encuentren una aplicación mucho más extensa en esta y otras industrias.

[editar]Rigidez dieléctrica

Se entiende por rigidez dieléctrica el valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual

un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor. También podemos definirla

como la máxima tensión que puede soportar un aislante sin perforarse.

Se realiza en motores eléctricos después de ser bobinados. La tension del ensayo es de =

1000 + 2 Tension nominal. La rigidez dieléctrica, expresada en kV/cm, designa los resultados

de un ensayo realizado según un procedimiento normalizado, en el que se provoca la

perforación de un espesor del dieléctrico con una cierta diferencia de potencial producida por la

intensidad de campo eléctrico en unas determinadas condiciones (humedad, temperatura,

forma de los electrodos, espesor del material, etc). Un dieléctrico es una sustancia que es mala

conductora de la electricidad y que amortiguará la fuerza de un campo eléctrico que la

atraviese, como podría ser un polímero.

Evidentemente la capacidad de adsorción de agua que presentan los polímeros con grupos

polares en sus macromoléculas, influyen notablemente en su resistividad y en su rigidez

dieléctrica. Este efecto también tiene importancia a altos valores del campo eléctrico en la

superficie.

La rigidez de fuga define la resistencia del material a acciones destructivas de las corrientes

superficiales, de la misma forma que la rigidez dieléctrica lo hace para las que se producen a

su través.

Resinas ureicas que son parecidas a la baquelita tienen una alta rigidez de fuga, lo mismo

ocurre con las resinas de melanina, las resinas de poliéster.

[editar]Constante dieléctrica y factor de pérdida

La influencia de un dieléctrico particular sobra la capacidad eléctrica de un condensador viene

determinada por la constante dieléctrica y se define como la relación entre la capacidad de un

condensador, empleando este material como dieléctrico y la capacidad del mismo condensador

sin dieléctrico, es decir, en vacío (o, para todos los efectos prácticos, en el aire).

El efecto de la polarización depende de la estructura de las moléculas. Las pequeñas y

simétricas se polarizan, desplazándose al centro de gravedad de los electrones con respecto a

los núcleos atómicos (polarización electrónica). Si las moléculas son asimétricas (polares), el

centro de gravedad de sus cargas eléctricas no coincide, aunque no exista campo eléctrico. El

efecto de la polarización, en este caso, consiste en un giro de las moléculas que se orientan en

la dirección del campo eléctrico (polarización de orientación o bipolar). Existe un tercer tipo de

polarización: polarización iónica, inexistente en la mayoría de los polímeros.

Existe una diferencia fundamental entre ambos tipos de polarización: la primera es instantánea,

por implicar el desplazamiento de electrones; la segunda requiere tiempo, puesto que la

molécula entera debe girar desplazandose con respecto a las que le rodean. Si el campo

eléctrico es alterno, la polarización bipolar se produce con un retraso de fase δ,

denominadoángulo de pérdida, y si la frecuencia de cambio de dirección del campo eléctrico es

muy grande el efecto de la polarización disminuye. El desfase entre la tensión aplicada y la

intensidad de corriente en un dieléctrico real será: Ф = 90 - δ.

Se denomina factor de disipación a tg δ, factor de potencia a cos Ф = Sen δ y factor de

pérdida al producto de la constante dieléctrica por el factor de disipación ε · tg δ.

La variación de la constante dieléctrica (ε) y del factor de pérdida (ε·tgδ) con la frecuencia, para

un material bipolar constituido por moléculas pequeñas (metanol por ejemplo), siendo

característica la presencia de un "pico" en el diagrama del factor de pérdida.

El efecto de la temperatura es importante por disminuir la viscosidad interna del material, con lo

que se facilita el movimiento de los dipolos cuando esta aumenta.

En el caso de los materiales poliméricos apolares (como PE y PTFE) la polarización es,

exclusivamente, electrónica y, dado que es instantánea, la constante dieléctrica ε varía muy

poco con la frecuencia; el factor de disipación ε·tgδ es bajo y no aparecen picos de pérdida. En

consecuencia los polímeros apolares resultan adecuados para su uso en dispositivos y

elementos electrónicos de alta frecuencia. En polímeros polares (como PVC y PVA) el factor de

disipación es, generalmente, más elevado que en los apolares y suelen aparecer picos de

pérdida a determinadas frecuencias, que pueden correlacionarse con las temperaturas de

transición vítrea Tg y de fusión Tm.

Archivo:Figura2.JPG

Factor de potencia para diversos polímeros.

El comportamiento de los polímeros polares es muy diferente según los grupos polares estén

situados en las cadenas principales de las macromoléctulas (como en los policarbonatos,

poliésteres saturados PET y PVC, por ejemplo) o en las cadenas laterales (como el PVA y los

poliacrilatos). En el primer caso, la movilidad de estos grupos está condicionada a la propia

cadena, por la que el efecto de la polarizacion es mucho menos acusado por debajo de la

temperatura de transición vítrea, que por encima de ella.

El PVC es buen aislante a bajas frecuencias, pero en campos eléctricos de alta frecuencia se

calienta en exceso y puede alcanzar facilmente latemperatura de reblandecimiento.

Puede observarse en la figura como el polietilentereftalato (PET, poliéster saturado), que tiene

un amplio margen entre la temperatura de transición (70ºC) y la de fusión (255ºC),

reblandeciéndose notablemente a partir de los 200ºC, presentan un pico del factor de potencia

a una temperatura intermedia. La temperatura a la que se produce este pico y el factor de

pérdida correspondiente aumenta con la frecuencia.

La presencia de plastificante, que reducen la temperatura de transición vítrea, tendrá como

consecuencia un aumento en la polarización, y, por lo tanto, del valor de la constante dieléctrica

ε.

Efecto del plastificante en el PVC.

En el segundo caso, de moléculas poliméricas en las que los dipolos no están en las cadenas

principales, su orientación resulta mucho más fácil, incluso a temperaturas inferiores a la de la

transicián vítrea y, por lo tanto, no se producirá esa variación brusca en los valores de la

constante dieléctrica y del factor de potencia que se pone de manifiesto para los que tienen los

grupos polares en la cadena principal. En consecuencia no se utilizan como aislantes.

Finalmente, se debe tener en cuenta que la capacidad de absorcion de humedad de algunos

polímeros (como poliamidas, por ejemplo) influye en sus propiedades eléctricas por diversos

motivos:

La mayor conductividad eléctrica del agua origina una disminución en la resistividad del

material.

La acusada polaridad del agua y su pequeño tamaño molecular eleva notablemente los

valores de la constante dieléctrica y de las pérdida en el conjunto.

El agua puede actuar como plastificante, aumentando la movilidad de las cadenas

moleculares de algunos polímeros, por lo que se incrementa el valor del factor de pérdida

propio del material.

[editar]Mirar también

http://translate.google.es/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://members.tm.net/

lapointe/Plastics.htm, Tabla de propiedas eléctricas para algunos plásticos comerciales.

http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/publicados/choy.pdf , "Polímeros conductores como

alterativa tecnológica en la protección de nuestro ambiente",Marisela Choy M., Universidad

de los Andes, Mérida, Venezuela.

[editar]Bibliografía

Ingeniería de los materiales plásticos Autor: M.A. Ramos Carpio, M.R. de María Ruíz

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