Propiedades Viscoelásticas y Procesamiento de Materiales Poliméricos

Propiedades Viscoelásticas de los Polímeros

Comportamiento Viscoelástico

La viscoelasticidad describe el comportamiento de un polímero que actúa como un vidrio (rígido y frágil) a baja temperatura, como un sólido gomoelástico (flexible) a temperaturas intermedias y como un líquido viscoso a elevadas temperaturas.

Módulo de Relajación

El Módulo de Relajación, E_r(t), describe cómo disminuye el esfuerzo en un material bajo una deformación constante. Se define como:

E_r(t) = σ(t) / ε₀

donde σ(t) es el esfuerzo dependiente del tiempo y ε₀ es la deformación constante aplicada inicialmente.

Módulo de Fluencia Viscoelástica

El Módulo de Fluencia Viscoelástica (o Compliancia de Fluencia), J(t), describe cómo aumenta la deformación en un material bajo un esfuerzo constante. Se define como el inverso del Módulo de Fluencia, E_c(t):

E_c(t) = σ₀ / ε(t)

donde σ₀ es el esfuerzo constante aplicado y ε(t) es la deformación dependiente del tiempo.

Fractura en Polímeros

Factores que Influyen en la Fractura Frágil

Varios factores pueden promover la fractura frágil en polímeros:

• Bajas temperaturas.
• Alta velocidad de deformación.
• Presencia de entallas agudas (concentradores de esfuerzo).
• Incremento del espesor de las muestras.
• Modificaciones de la estructura polimérica (ej. aumento de la cristalinidad).

Modificación y Procesamiento de Polímeros

Uso de Aditivos

Los aditivos se utilizan para modificar las propiedades mecánicas, químicas y físicas de los polímeros en un grado mucho mayor que el permitido por la simple alteración de la estructura molecular base.

Colorantes: Tintes vs. Pigmentos

Tanto los tintes como los pigmentos son colorantes, pero difieren en su interacción con el polímero:

• Tintes: Actúan como disolventes y se incorporan a la estructura molecular del polímero, disolviéndose en él.
• Pigmentos: Son partículas sólidas insolubles que permanecen como una fase separada dispersa en el polímero, similar al material de relleno.

Factores Clave en la Conformación de Polímeros

La elección del método de conformación depende de varios factores:

• Si el material es termoplástico o termoestable.
• Si es termoplástico, su temperatura de ablandamiento.
• La estabilidad atmosférica del material durante el proceso.
• La geometría y tamaño del producto acabado.

Técnicas de Conformación para Termoplásticos

• Extrusión: Base para otras técnicas como:
  • Moldeo por soplado
  • Calandrado
• Moldeo por inyección
• Conformado al vacío
• Hilado (para fibras)

Técnicas de Conformación para Termoestables

• Moldeo por compresión
• Moldeo por transferencia
• Colado

Técnicas de Conformación para Elastómeros

• Moldeo por compresión
• Extrusión

Vulcanización de Elastómeros

La vulcanización es el proceso de entrecruzamiento químico de las cadenas de los elastómeros. Se consigue mediante una reacción química, generalmente no reversible, que se lleva a cabo a elevada temperatura. Comúnmente, se añade azufre al elastómero caliente; los átomos de azufre forman puentes (enlaces entrecruzados) entre las cadenas poliméricas, mejorando la resistencia y elasticidad del material.

Aplicaciones Adicionales de los Polímeros

Además de piezas moldeadas, los polímeros tienen otras aplicaciones importantes:

• Recubrimientos
• Adhesivos
• Películas
• Espumas
• Fibras