Propiedades Térmicas y Estructura Molecular de los Polímeros: Comparativa con Metales

Comparativa de Propiedades Térmicas entre Plásticos y Metales

Calor Específico

Los plásticos presentan valores de calor específico aproximadamente 5 veces superiores a los de los metales cuando se miden en función del peso. Sin embargo, en términos de volumen, los valores son muy próximos debido a la gran diferencia existente en sus densidades.

Coeficiente de Expansión Térmica

El coeficiente de expansión térmica de los plásticos es muy alto, de 10 a 100 veces superior al de los metales. Esto puede dar lugar a problemas de tensiones térmicas entre metales y polímeros cuando ambos están en contacto.

Conductividad Térmica

La conductividad térmica de los plásticos es pequeña, de 10 a 1000 veces inferior a la de los metales. Esta propiedad les permite ser empleados como aislantes térmicos, especialmente cuando se trata de materiales expandidos.

Tipos de Estructuras Habituales en los Polímeros

• Polímeros Simples: Son lineales, de forma que si se enderezan las cadenas parecerían un trozo de cuerda.
• Polímeros Menos Simples: Como las resinas epoxi, los poliésteres o los formaldehídos, presentan una red de cadenas en tres dimensiones debido al enlace entre las cadenas lineales.

Parámetros que Caracterizan la Estructura Molecular de los Polímeros

Los parámetros principales son la longitud molecular y el grado de polimerización, que es el número de monómeros que constituyen una molécula. En los plásticos comerciales, este valor se sitúa entre 10³ y 10⁵.

Relación entre Grado de Polimerización, Resistencia y Viscosidad

Es necesario un elevado grado de polimerización para alcanzar altas resistencias. Mientras que la resistencia aumenta con el grado de polimerización, la viscosidad disminuye al aumentar este. Por lo tanto, el objetivo es alcanzar unas adecuadas relaciones resistencia/viscosidad.

Configuraciones Moleculares: Isotáctica, Sindiotáctica y Atáctica

• Isotáctica: Los radicales se sitúan al mismo lado de la cadena.
• Sindiotáctica: Los radicales se sitúan alternativamente a un lado y a otro de la cadena.
• Atáctica: Los radicales se sitúan aleatoriamente.

La configuración isotáctica conduce a la formación de dipolos eléctricos y puede dar lugar a efectos piezoeléctricos.

Cristalinidad en Polímeros

Grado Máximo de Cristalinidad

La cristalinidad de los polímeros más cristalinos alcanza solo el 80%.

Factores que Dificultan la Cristalinidad

Factores como la atacticidad, la ramificación o las uniones entre cadenas dificultan la cristalización.

Relación entre Temperatura de Transición Vítrea y Grado de Cristalinización

Por debajo de la temperatura de transición vítrea (T_g), todo el polímero es vítreo (amorfo).

Conceptos sobre la Temperatura de Transición Vítrea (T_g)

Esta temperatura de transición vítrea en los polímeros es tan importante como la temperatura de fusión en los metales. Por debajo de T_g, las moléculas están unidas por enlaces secundarios, mientras que por encima, empiezan a fundir, permitiendo cierta movilidad molecular. Por encima de T_g, el polímero primero empieza a deformarse y es capaz de aguantar grandes alargamientos elásticos sin rotura frágil, como una goma. En el caso de los elastómeros naturales, su temperatura de transición vítrea es de -70°C, por lo que se mantiene flexible incluso durante el invierno, pero si se enfría en nitrógeno líquido a -196°C, se vuelve duro y frágil.