Unidad 8 Procesos en Polimero

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE HUATABAMPO UNIDAD 8 PROCESOS EN POLIMERO MATERIA: PROCESOS DE FABRICACION ALUMNO: CARLOS ENRIQUE VASQUEZ FLORES ING: MECATRONICA

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE HUATABAMPO

UNIDAD 8 PROCESOS EN POLIMEROMATERIA: PROCESOS DE FABRICACIONALUMNO: CARLOS ENRIQUE VASQUEZ FLORESING: MECATRONICA

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8.1 POLIMEROS Y SUS CARACTERISTICASLos polímeros son moléculas de gran tamaño, constituidas por “eslabones”orgánicos denominados monómeros, unidos mediante enlaces covalentes. Los eslabones están formados fundamentalmente por átomos de carbono y pueden poseer grupos laterales o radicales con uno o más átomos. Estas moléculas orgánicas son las que constituyen los materiales plásticos que conocemos y también los tejidos de los seres vivos (piel, músculos, tela de araña, seda, etc.).

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Existen varios tipos de polimerización.a. Polimerización en bloque o fase condensada:El monómero y un iniciador se combinan en un recipiente (reactor) y se calientan oenfrían según se requiera. Se debe controlar estrictamente la temperatura. Ej.PMMA.b. Polimerización en solución:El monómero se disuelve en un solvente no reactivo que contiene un catalizador.El calor desprendido por la reacción es absorbido por el solvente y entonces lavelocidad de reacción se reduce. Es difícil eliminar todo el solvente. Ej. PP.c. Polimerización en suspensión:El monómero y el catalizador se suspenden en forma de gotitas en una fasecontinua como el agua. El calor producido por la reacción es absorbido por elagua; se requiere agitación continua. Este método se emplea de modogeneralizado para producir varios polímeros vinílicos.. Ej. PVC, PS, poliacrilonitrilo.d. Polimerización por emulsión:Es un proceso similar al de suspensión puesto que se lleva a cabo en agua.En este caso el monómero es absorbido dentro de unas micelas creadas por unagente emulsificante, como el jabón, y dentro se produce la polimerización. Ej.Pinturas.

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Tipos de polímerosa). Según su origen: Polímeros naturales. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc. -Caucho natural

Polímeros semisintéticos. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el cauchovulcanizado. Polímeros sintéticos. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el poli cloruro devinilo (PVC), el polietileno, etc.

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b). Según su respuesta termo-mecánica:Los materiales poliméricos se pueden clasificar en cinco grupos:Termoplásticos:Como su nombre lo indica, se comportan de manera plástica a elevadas temperaturas. Más aún, la naturaleza de sus enlaces no se modifica radicalmente cuando la temperatura se eleva, razón por la cual pueden ser conformados a temperaturas elevadas, enfriados y d después recalentados o reconformados sin afectar el comportamiento del polímero. Los polímeros termoplásticos son lineales.

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Termorígidos:Los polímeros Termorígidos también denominados termoestables, son polímeros reticulados durante la reacción de polimerización o mediante la introducción de entrecruzamientos químicos. Este reticulado no permite que estos polímeros sean reprocesados después de que han sido conformados.

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c). Según su aplicación:• Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y altaextensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo perorecuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión ycontracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominadaresiliencia.

• Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientementeintenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original.Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente parareferirse a la totalidad de los polímeros.

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8.3. PROPIEDADES DE LOS POLIMEROSLas propiedades físicas de los polímeros dependen de su estructura molecular.Densidad.La densidad (simbolizada con la letra griega rho: ρ) es la masa (m) por unidad devolumen (V). La unidad del SI para la densidad es kilogramos por metro cúbico, sibien habitualmente se expresa en gramos por centímetro cúbico.ρ = m VGran parte de los polímeros tienen una densidad entre 0,9 y 1,3 los fluoroplásticostienen en general una densidad alrededor de 2.

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Fluencia a la tracciónCuando un contrapeso suspendido de una muestra de ensayo provoca un cambio en la forma de la muestra durante un período de tiempo, la deformación se denomina fluencia. Si la fluencia se produce a temperatura ambiente, se denominaflujo en frío. Los resultados de la prueba de fluencia a la tracción registran la deformación en milímetros. La fluencia y el flujo en frío son propiedades muy importantes que se deben considerar cuando se diseñan recipientes, tuberías y vigas, en los que la carga es constante (presión o esfuerzo).ViscosidadLa característica que describe la resistencia interna de un líquido para fluir sedenomina viscosidad. Cuanto más lento fluye el líquido, mayor es su viscosidad. Las unidades son Pa*s (pascales x segundos) o poises. La viscosidad es un factor importante en el transporte de resinas, la inyección de plásticos en estado líquido y la obtención de dimensiones críticas en la extrusión. La viscosidad de un polímero puede ser determinada con el uso de viscosímetros capilares mediante disolución del mismo en un disolvente, que se basan en el tiempo que tarda un fluido a través de un tubo capilar. Existen varios modelos de viscosímetros capilares, siendo unos de los más utilizados el viscosímetro de Ubbelohde.

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Contracción al moldeoComo se ha expresado en Coeficiente de dilatación lineal, los materiales sufrenuna dilatación al calentarse y una contracción al enfriarse. Por lo que será útilconocer este índice para la confección de moldes de inyección o boquillas deextrusión debido a que deberán ser de mayor tamaño que el de la pieza que sedesea obtener para que la misma se adapte a los requerimiento de dimensionesrequeridos al solidificarse y enfriarse.Las unidades utilizadas pueden ser mm / mm o también se pueden expresar enporcentajes.SolubilidadLa solubilidad de un polímero varía en función de su estructura química y del pesomolecular, siendo más fácilmente solubles las fracciones de bajo peso molecular.Por lo tanto no es extraño que durante un proceso de disolución se disuelvan lasfracciones más ligeras del polímero, quedando insolubles las de alto pesomolecular.

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8.3 CONFORMADO DE POLIMEROS

Las técnicas para conformar polímeros en formas útiles dependen en gran medidade la naturaleza del polímero, en particular, si es termoplástico o termoestable. Seemplea una gran diversidad de técnicas para conformar polímeros termoplásticos.El polímero se calienta a una temperatura cercana o superior a la de fusión, demodo que adquiera una baja viscosidad. Entonces el polímero se funde o inyectadentro de un molde, o se lo fuerza a pasar a través de una boquilla para producirla forma requerida. Se emplean pocas técnicas de conformado para los polímerostermoestables debido a que una vez producida la polimerización ya se haestablecido una estructura reticular que no se puede conformar más. Después dela vulcanización los elastómeros tampoco pueden ser conformadosadicionalmente.Existen varias técnicas para dar forma a los plásticos. Algunas de las máscomunes son:1. Moldeo por inyección2. Moldeo por extrusión3. Moldeo por soplado4. Moldeo por vacío5. Calandrado

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1) Moldeo por inyecciónUn émbolo o pistón de inyección se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás para empujar el plástico ablandado por el calor a través del espacio existente entre las paredes del cilindro y una pieza recalentada y situada en el centro de aquél. Esta pieza central se emplea, dada la pequeña conductividad térmica de los plásticos, de forma que la superficie de calefacción del cilindro es grande y el espesor de la capa plástica calentada es pequeño. Bajo la acción combinada del calor y la presión ejercida por el pistón de inyección, el polímero es lo bastante fluido como para llegar al molde frío donde toma forma la pieza en cuestión. El polímero estará lo suficiente fluido como para llenar el molde frío. Pasado un tiempo breve dentro del molde cerrado, el plástico solidifica, el molde se abre y la pieza es removida. El ritmo de producción es muy rápido, de escasos segundos.

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2) Moldeo por extrusiónEn el moldeo por extrusión se utiliza un transportador de tornillo helicoidal. El polímero es transportado desde la tolva, a través de la cámara de calentamiento, hasta la boca de descarga, en una corriente continua. A partir de gránulos sólidos, el polímero emerge de la matriz de extrusión en un estado blando. Como la abertura de la boca de la matriz tiene la forma del producto que se desea obtener, el proceso es continuo. Posteriormente se corta en la medida adecuada.

Extrusión de film tubularEn esto proceso se funde polietileno de baja densidad. El fundido es extruido através de una matriz anular. Se introduce aire inflando el tubo del polímeroextruido para formar una burbuja del diámetro requerido, la que es enfriada poruna corriente de aire. El film es arrastrado por un par de rodillos que aplastan laburbuja manteniendo así el aire empleado para inflar la burbuja dentro de ella.

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3) Moldeo por insuflación de aireEs un proceso usado para hacer formas huecas (botellas, recipientes). Un cilindro plástico de paredes delgadas es extruido y luego cortado en el largo que se desea. Luego el cilindro se coloca en un molde que se cierra sobre el polímero ablandado y le suprime su parte inferior cortándola. Una corriente de aire o vapor es insuflado por el otro extremo y expande el material hasta llenar la cavidad. El molde es enfriado para el fraguado.

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4) Moldeo por vacíoEste método se utiliza para la creación de vasos, platos, mascaras y todo aquello que tenga unas paredes muy finas. Para este método se utiliza una lámina fina de plástico, la cual es calentada con unas resistencias. Debajo de esta lámina de plástico se encuentra un objeto del cual se quiere adoptar su forma, luego la lámina de plástico caliente cae sobre el molde, luego se extrae el aire para que el plástico obtenga todos sus detalles