Losplásticosson materiales formados por polímeros
constituidos por largas cadenas de átomos que contienen carbono.
ü¿Qué es la polimerización? ¿Qué contienen los plásticos de forma
general? ¿Cuál es la principal materia prima para la obtención de plásticos?
La transformación industrial de algunas
materias primas y compuestos en plásticos se lleva a cabo mediante procesos de
síntesis denominadospolimerización,
que consisten en la unión repetida de grandes moléculas para dar lugar al
polímero.
A los plásticos, durante su fabricación, se
les añaden las denominadascargas,
materiales como fibra de vidrio, fibras textiles, papel, sílice, polvo mineral
o serrín que, además de reducir los costes de producción, potencian algunas
propiedades de la materia prima o compuesto inicial.
En un principio, la mayoría de los plásticos
se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del
algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y
derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los
materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se
basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se
fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran
hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son
tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de
petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias
primas, como la gasificación del carbón
.
üPropiedades generales de los plásticos: Conductividad Eléctrica,
conductividad térmica, resistencia química, densidad, facilidad para
trabajarlos, entre otras.
Las propiedades de los plásticos dependen de
su naturaleza y composición. Algunas, como ladureza,
latextura, latenacidad,
y laflexibilidad, son
específicas de determinados plásticos y varían de unos a otros. Otras, sin
embargo, como las del siguiente cuadro, son comunes a la mayoría de los
plásticos.
Propiedades
Características
F
I
S
I
C
A
S
Mecánicas
Maleabilidad
Ductilidad
Resistencia mecánica
Acústicas
Aislamiento acústico
Eléctricas
Aislamiento eléctrico
Térmicas
Aislamiento térmico
Otras
Densidad: son ligeros
Impermeabilidad
QUÍMICAS
No son oxidables
ü¿Cuáles son los tres grupos principales de plásticos?, Indica sus
características, pon 3 ejemplos de cada grupo e indica sus características y
aplicaciones.
·Plásticos termoplásticos:La mayoría de ellos se
obtienen de compuestos derivados del petróleo; aunque otros proceden de
materias primas vegetales. Estos materiales se ablandan cuando se calientan y
se pueden moldear dándoles nuevas formas que conservan al enfriarse. Este
proceso puede repetirse tantas veces como se quiera. Algunos ejemplos son:
oPVC (cloruro de polivinilo):Presenta un amplio rango de dureza y es impermeable. Suele usarse
en tuberías, suelas de zapatos guantes, etc.
·Metacrilato (plexiglás):Es transparente y suele usarse para hacer los faros de los
automóviles, ventanas, carteles luminosos e incluso relojes.
·Teflón (fluorocarbono):Es deslizante y antiadherente. Se usa para fabricar utensilios de
cocina, como las sartenes y las superficies de las encimeras.
·Plásticos termoestables:Al igual que los termoplásticos, la mayoría de los termoestables
se obtienen del petróleo. Al someterlos al calor se vuelven rígidos, por lo que
solo pueden calentarse una vez, y no se deforman. Por esta razón son más
frágiles que los termoplásticos, ya que no se ablandan cuando se calientan
nuevamente, sino que se descomponen y carbonizan antes de llegar a fundirse.
Por lo general, presentan una superficie dura y extremadamente resistente.
Ejemplos:
·Poliuterano (PUR):Entre sus propiedades cabe destacar que es esponjoso, blanco y
elástico. Se usa para fabricar espuma para colchones y asientos, aislamientos
(térmicos y acústicos), juntas correas, ruedas y pegamentos, entre otras cosas.
·Baquelitas (resinas
fenólicas o PH):
·Melanina:Es ligero, resistente, de considerable dureza, insípido e inodoro
y es un buen aislante térmico. Con él se fabrican accesorios eléctricos,
aislamientos, encimeras, vajillas y recipientes para alimentos.
·Elastómeros:Son un tipo de plástico que se caracterizan por su gran elasticidad,
adherencia y baja dureza. Entre ellos destacan:
·Caucho natural:Se obtiene del látex. Es resistente e inerte. Se usa para fabricar
aislamientos.
·Caucho sintético:Se obtiene de derivados
del petróleo. Su principal cualidad es su resistencia a agentes químicos. Con
él se fabrican neumáticos, volantes, parachoques, pavimentos, tuberías,
mangueras, esponjas de baño, guantes y colchones.
·Neopreno: Se obtiene a partir del
caucho sintético. Mejora las propiedades del caucho sintético, ya que es más duro
y resistente que este, también es impermeable. Con él se hacen trajes de
inmersión.
IDENTIFICACIÓN DE PLÁSTICOS
ENSAYO
TIPOS DE PROCESOS DE POLIMERIZACIÓN
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Para empezar, es preciso decir que la mayoría de los objetos que utilizamos para desarrollar nuestras actividades diarias, están elaborados con materiales que presentan suficientes características de calidad y que están creando una percepción totalmente acertada, de ser los más indicados para reemplazar otros materiales de características parecidas, a la hora de elaborar piezas o productos que suplan nuestras necesidades.
Éstos destacables materiales que se mencionaron anteriormente, debido a la gran aceptación que han tenido en la actualidad son: los plásticos, adhesivos, recubrimientos, elastómeros y las conocidas fibras; siendo todos estos, sustancias poliméricas (generalmente orgánicas), generadas a partir de la unión de moléculas mas pequeñas, conocidas como Monómeros. Ahora bien, ésta unión mencionada se lleva a cabo mediante una reacción química, que tiene en cuenta calor, luz o un catalizador, llamadapolimerización, la cual se presenta también en la creación de polímeros naturales, y en definitiva , es un término que al momento de escucharlo se puede interpretar como un proceso sencillo, pero en realidad presenta cierta complejidad.
En resumen, para crear dicho polímero, el mecanismo para que se produzca la polimerización puede dividirse en polimerización por pasos o polimerización en cadena, siendo en ambos casos la temperatura y el tiempo de reacción factores necesarios para determinar el tamaño de la cadena polimérica. Pero es sí, existen hasta ahora dos tipos fundamentales de polimerización: polimerización por adición y polimerización por condensación. A continuación, se mostrarán las características de cada proceso y un análisis de comparación, con el fin de conocer mas afondo el principio de cada proceso y todas sus generalidades.
Con relación a lo anterior, en el proceso de polimerización por adición el polímero seforma por adición de una molécula del monómero a otra yreacciona un iniciador con esa molécula del monómero, originando una partícula que es conocida como intermedio y luego en el mismo sentido, sigue reaccionando con moléculas del monómero para generar entonces nuevos intermedios, sin perder ningún átomo. Éstos intermedios, en consecuencia son transitorios y no pueden ser aislados, conocidos en otras palabras como: radicales libres, iones o complejos metálicos. Ésta clasificación del proceso de polimerización puede clasificarse a la vez en varios tipos. Siendo ésta, desde un punto de vista propio, la reacción más sencilla de elaborar sustancias poliméricas. Estos tipos encontrados son o siguientes:
1) Suma de moléculas pequeñas de un mismo tipo por apertura del doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización de tipo vinilo). 2) Suma de pequeñas moléculas de un mismo tipo por apertura de un anillo sin eliminación de ninguna parte de la molécula (polimerización tipo epóxido.). 3) Suma de pequeñas moléculas de un mismo tipo por apertura de un doble enlace con eliminación de una parte de la molécula (polimerización alifática del tipo diazo). 4) Suma de pequeñas moléculas por ruptura del anillo con eliminación de una parte de la molécula (polimerización del tipo a aminocarboxianhidro). 5) Suma de birradicales formados por deshidrogenación (polimerización tipo p-xileno). En fin, todos estos tipos de polimerización por adición reúnen una serie de puntos que hacen reconocerlas de buena manera; son conocidas porque las cadenas crecen y no se unen, el Monómero es consumido relativamente lento, el Mw aumenta rápidamente, en éste proceso Existen etapas de propagación y terminación, Los mecanismos de Iniciación y propagación pueden ser diferentes y por ultimo, La velocidad aumenta inicialmente conforme se generan los iniciadores y Después se mantiene constante.
Por otro lado, la polimerización por condensación se da cuando se unen secuencialmente numerosos monómeros poseedores de dos o más grupos reactivos con perdidas de moléculas sencillas. (Agua, amoniaco, metanol, entre otras). Y es posible reconocer el proceso, ya que las unidades del monómero tienen grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí, Las reacciones son más lentas y el crecimiento es a saltos en lugar de unidad a unidad, Los intermediarios, de peso molecular bajo, se les llama oligómeros, y se pueden aislar, Oligómeros de distintos tamaños se unen entre si, y Se le puede describir como una reacción química sencilla que se efectúa repetidamente. Siendo así, la polimerización por condensación se divide además en los Homopolímeros, que son macromoléculas formadas por la repetición de unidades monómeras idénticas. Por ejemplo: La celulosa y el caucho son homopolímeros naturales y El polietileno, el PVC son homopolímeros sintéticos. Y en copolímeros, referidos a macromoléculas constituidas por dos o más unidades monómeras distintas, como por ejemplo: La seda es un copolímero natural y la baquelita, uno sintético.
En síntesis, para llevar a cabo el proceso de polimerización independientente de su clasificación, se pueden utilizar técnicas que son muy utilizadas en la actualidad y que podemos mencionar para ampliar el conocimiento de este tipo de reacción. Encontramos entonces, la polimerización en masa, en solución, en emulsión y en suspensión. En fin, a manera de conclusión resulta ideal darle las gracias a la existencia de este tipo de procesos, puesto que por medio de ellos se obtienen productos elaborados que nos ayudan a cumplir con nuestras labores de la mejor manera posible y de alguna manera nos sirven de materia prima, para la elaboración eficaz de otros productos que utilizan en especial el polímero como material directo de fabricación.
es un proceso totalmente automatizable
y limpio, genera pocos productos por reproceso, y poca escoria, materia prima
es fácil de conseguir en el mercado.
DESVENTAJAS:
no demanda de muchos empleados,
genera productos que son casi perennes por ende productos contaminantes, Una
restricción característica de este proceso es que la pieza a termoconformado
debe ser fácilmente "desmoldable" esto significa que la matriz debe
ser más ancha en la base y más angosta en la parte superior. Esto comúnmente se
denomina ángulo de desmolde o de salida y generalmente es de 5 grados como
mínimo.
FUNCIONAMIENTO: El
termoconformado es un proceso que consiste en dar forma a una lámina plástica
por medio de calor y vacío utilizando un molde o matriz. Un exceso de
temperatura puede "fundir" la lámina y la falta de calor o una mala
calidad de vacío incurrirá en una pieza defectuosa y sin detalles definidos.
A diferencia de otros procesos como lainyección,
el soplado y el rotomoldeado, el termoconformado parte de una lámina rígida de
espesor uniforme realizada por el proceso de extrusión, y permite realizar
pequeñas producciones por su bajo costo en matricería llegando a ser rentable
en altas producciones también.
ETAPAS DEL PROCESO: este proceso tiene tres etapas fundamentales:
-Calentamiento del semielaborado, ya sea por
radiación, contacto o convención.
-Moldeo del semielaborado, que tras calentarse se
estira adaptándose al molde por medio de diferentes procesos (presión, vacío,
presión y vacío o un contramolde).
-Enfriamiento del producto, que comienza cuando el
termoplástico entra en contacto con el molde y es enfriado por un ventilador o
a temperatura ambiente y termina cuando la temperatura es la adecuada para
desmoldear la pieza sin deformarla.
EQUIPOS Y ACCESORIOS: En general se puede afirmar que el costo del utillaje
necesario para el termoconformado es bajo, debido a que las bajas presiones de
trabajos permiten fabricar moldes muy económicos. Además, su puesta en servicio
es rápida, al igual que el cambio de molde, lo que permite una gran
flexibilidad del proceso, lo que hace que resulte muy económico para series
pequeñas.
La mayor complejidad del molde se encuentra en los pequeños orificios de
los que deben disponer para hacer vació o presión y los sistemas de eliminación
de calor, que solo son incorporados si procede. En el caso de los orificios
siempre son preferibles y más eficaces las ranuras que los agujeros para
permitir que se elimine el aire del interior del molde, y se deben fabricar con
un diámetro inferior a 0,65
mm para evitar defectos en la superficie de la pieza
acabada. Normalmente se sitúan en las zonas bajas o que no están conectadas al
molde. Muchos equipos incorporan una chimenea de equilibrio para asegurar un
vacío constante que suele estar entre los 500 y 760 mm de mercurio. Los moldes
suelen incluir siempre ángulos de salida para extraer fácilmente la pieza
(entre 2 y 7º)
IMPORTANCIA:
Hoy en día estamos rodeados de todo tipo de artículos tercomonformados,
aunque podemos dividirlos en dos grandes grupos:
§La fabricación de piezas
de gran superficie y estrechas paredes, como son bañeras, paneles interiores de
electrodomésticos, paneles de puertas de coches o embarcaciones.
§Todo tipo de envases de
industria alimentaria, como son vasitos de yogur, hueveras, envases con
diferentes cavidades para repostería, tarrinas individuales de mantequilla o
mermelada, etc. Este tipo de envases con huecos también se pueden aplicar a
piezas de recambio o artículos de ferretería, portaherramientas o cubiteras.
§Por otro lado, hay otros
productos que se fabrican por método como son las señales, accesorios de
lámparas, cajones, vajillas, juguetes, cabinas transparentes de aviones o
limpiaparabrisas de barcos.
§VARIABLES DEL PROCESO:
Temperatura de conformado, que depende sobre todo
del material a transformar, aunque también de la complejidad y el espesor de la
pieza.
Tiempo de calentamiento, que depende sobre todo
del espesor del material, aunque también del coeficiente de transmisión del
mismo. Este es de gran importancia, y ha de ser suficiente para que la lámina
alcance uniformemente en superficie y espesor la temperatura de conformado.
Tiempo de enfriamiento, que depende de los
mismos factores que el tiempo de calentamiento, y ha de ser suficiente para que
el elaborado final sea resistente y no se deforme al desmoldear.
Presión o vacío, depende sobre todo del espesor de
la lámina aunque también de la complejidad de la pieza. Debe controlarse, ya
que si es insuficiente no se obtendrán todos los detalles y si es excesiva se
pueden producir agujeros o marcas.
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES:
Materiales para
moldes
Los materiales más utilizados para los moldes son:
§Madera, para los que se suele utilizar maderas duras secadas en horno, a las que
se les aplica barniz para tapar los poros. Suele tardan en enfriar las piezas
por lo se utiliza para series cortas o prototipos. Los agujeros suelen
realizarse con broca.
§Escayola, se suele emplear con un 5% de fibra de vidrio para evitar rotura por
fragilidad o si se requiere gran duración, y se le aplica tapaporos para evitar
desgaste. También se utiliza en pequeñas series o prototipos y los agujeros se
realizan a partir de alambres lubricados.
§Poliéster reforzado con
fibra de vidrio, son de mayor duración por lo que
se aplican a series de hasta 500 piezas.
§Colada epoxi, son de mayor resistencia y soportan temperaturas grandes, por lo que se
aplica a series de mayor producción, hasta 1000 piezas. Es necesario un modelo
para fabricar el molde.
§Aluminio, fácil de mecanizar y con gran capacidad de evacuación del calor, lo que
son muy utilizados en grandes series.
§Acero, permiten fácil mecanizados y buenos acabados de superficie; sobre todo si
se emplean aceros blandos.
Instalaciones
Para el proceso de termoconformado existen varios tipos de instalaciones.
Hay maquinas simples que realizan el calentamiento y moldeo en una sola
estación, se emplean en series cortas y prototipos y suelen ser manuales.
Otro tipo de instalaciones son las industriales, que constan por lo general
de distintas estaciones en cada una de las cuales se realiza una operación
sobre el material, que va pasando de forma continua. Generalmente constan de:
§Estación de suministro
de lámina, que surte de material al resto de
estaciones.
§Estación calefactora, que calienta el semielaborado hasta la temperatura adecuada.
§Estación de conformado, da forma a la lámina.
§Estación de troquelado, elimina el material sobrante y recoge el desperdicio.
§Estación de apilado, recoge las piezas conformadas.
MOLDEO POR COMPRESION
VENTAJAS
·En el moldeo por comprensión prácticamente
no hay recortes, por lo que se genera una cantidad muy pequeña de memas
·Los materiales gozan de mejores propiedades
mecánicas al no sufrir consideraciones elevadas
·Es posible fabricar piezas muy finas que
mantienen su forma sin alabarse.
·Es posible fabricar piezas de más de 1.5 kg de peso que pueden
resultar muy problemáticas mediante inyección.
·Los moldes y en general la maquinaria son
bastante más económicos que en moldeo por inyección.
DESVENTAJAS
El moldeo por compresión tiene algunas limitaciones y no es
muy aconsejable cuando se trata de moldear artículos de forma muy complicada
con resaltes, entrantes o pequeños taladros laterales. Tampoco es aconsejable
para moldear artículos de paredes gruesas (1cm o más). Valores típicos de
temperatura del molde, presión del moldeo y tiempo de moldeo. Otra desventaja
es que para conseguir que el molde se llene completamente con un material de
viscosidad elevada es necesario emplear presiones elevadas y, por tanto, que
los moldes cierren perfectamente para evitar el material pueda salir por la
línea de participación antes de llenar las partes de acceso más difícil.
ETAPAS DEL PROCESO DE MOLDEO POR COMPRESIÓN:
1.Apertura
del molde.
2.Extracción
de las piezas moldeadas en el ciclo anterior.
3.Preparación
del molde, lo que incluye la limpieza del molde, y lubricación para facilitar
la extracción de la siguiente pieza y colocación de las inserciones metálicas
(si las hay) y del compuesto de moldeo, bien liquido, en forma de pastillas o
de polvo.
4.Se cierra
el molde caliente y se aplica presión.
5.Se abre el
molde para dejarlo “respirar” y permitir la salida de humedad y materias
volátiles.
6.Aplicación
de toda la presión al molde caliente y manteniendo durante el tiempo necesario
hasta que el material haya curado totalmente.
7.Extracción
de la pieza.
FUNCIONAMIENTO DEL
PROCESO
El moldeo por compresión se inicia
con una cantidad determinada colocada o introducida en un molde. Después el
material se calienta hasta llegar a un estado que permita moldearlo y
manipularlo. Luego la prensa hidráulica comprime el plástico flexible contra el
molde, dando como resultado una pieza que es perfectamente moldeada que
mantiene la forma de la superficie interior del molde. Después la prensa
hidráulica retrocede y un pin eyector en el fondo del molde expulsa rápidamente
la pieza final fuera del molde y el proceso concluye
EQUIPOS Y ACCESORIOS
la parte fundamental de la máquina
de compresión es la prensa como se muestra a continuación.
Preformas
El uso de preformas permite
controlar mejor la cantidad de material de moldeo, conseguir una manipulación
sencilla y acortar el ciclo de moldeo. Una preforma o tableta no es otra cosa
que una pastilla de polvo de moldeo someramente aglomerada por presión para que
mantenga su forma, de manera que permita su manejo sin problemas. Las preformas
suelen tener formas sencillas y son fáciles de obtener en presas de
empestillar.
Maquina horizontal para fabricar
preformas:
a)Posición de llenado; la abertura entre
pistones queda situada debajo de la tolva
b)Matriz y tolva se han desplazado hacia la
izquierda
c)La tableta o preforma es comprimida entre
los pistones
d)Matriz y tolva se desplazan y la tableta
sale de la maquina.
IMPORTANCIA
El moldeo por compresión es el
método de transformación de plásticos mas antiguo que existe. El moldeo por
compresión se utiliza exclusivamente para moldear materiales termoestables, y
ocasionalmente para procesar termoplásticos.
Moldeo por compresión
tiene un alto desarrollo en la fabricación de piezas de materiales compuestos
para aplicaciones de reemplazo de metales, se utiliza normalmente para hacer
piezas más grandes planas o de forma levemente curvas. Este método de moldeo es
muy utilizado en la fabricación de piezas de automóviles, tales como cubiertas,
defensas, cucharones, spoilers, así como pequeñas piezas más complejas.
VARIABLES DEL PROCESO
La temperatura del molde y la
presión aplicada son los factores más importantes del proceso. Además de estas
variables, otros factores que influyen en la calidad de las piezas moldeadas
por compresión son: el diseño de la pieza que se debe moldearse, la velocidad
de cierre de prensa, la plasticidad del material y las condiciones en que se
encuentra la superficie de la cavidad de moldeo. Es importante poner en la
cavidad de moldeo la cantidad extracta de material que se necesita, pues una
cantidad en defecto puede dar lugar a piezas porosas con baja densidad y con
malas propiedades mecánicas, mientras que una cantidad en exceso puede dar
lugar a excesivas rebabas.
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES
·Materiales duroplasticos y elastómeros,
para piezas de pequeñas dimensiones
·Compuestos reforzados con fibra de vidio (a
partir de resinas expoxi, de poliéster etc)
·Termoestables
·sistemas de resina
poliéster con fibra de vidrio, (SMC/BMC), Torlon (Poliamida-imida: PAI), Vespel (Poliamida:PA), Polifenilen sulfuro (PPS), y muchos grados dePEEK.
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REFERENCIAS
•BELTRAN, M. MARCILLA, A. Tecnología de polímetros. Moldeo por
compresión. Disponible en: http://iq.ua.es/TPO/Tema6.pdf
VIVENT
VELA, María Cinta. ALVAREZ BLANCO, Silvia. ZARAGOZA CARBONELL, José Luis.
Ingeniería química y nuclear. Ciencia y tecnología de polímetros. Valencia.
ISBN: 84-9705-964-6.
