Análisis Comparativo De Las Propiedades Mecánicas de los Materiales Poliestireno- Termoplástico

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En función del grado de las fuerzas intermoleculares que se producen entre las cadenas poliméricas, estas pueden adoptar dos tipos diferentes de estructuras, estructuras amorfas o estructuras cristalinas, siendo posible la existencia de ambas estructuras en un mismo material termoplástico.

- Estructura amorfa: Las cadenas poliméricas adquieren una estructura liada, semejante a de la un ovillo de hilos desordenados, dicha estructura amorfa es la responsable directa de las propiedades elásticas de los materiales termoplásticos.

- Estructura cristalina: Las cadenas poliméricas adquieren una estructura ordenada y compacta, se pueden distinguir principalmente estructuras con forma lamelar y con forma micelar. Dicha estructura cristalina es la responsable directa de las propiedades mecánicas de resistencia frentes a esfuerzos o cargas así como la resistencia a las temperaturas de los materiales termoplásticos.

Comportamiento de Los Termoplásticos Amorfos

A temperatura ambiente, el plástico es un material duro. Las macromoléculas se sujetan unas a otras mediante fuerzas intermoleculares, y no pueden apenas movere. Si se aumenta la temperatura, la movilidad de estas macromoléculas crece, así como su elasticidad y tenacidad. En cambio, la resistencia del material disminuye.

Al superar la temperatura de transición vítrea (TG), las fuerzas intermoleculares se vuelven tan pequeñas que las macromoléculas pueden deslizarse unas sobre otras cuando actúa una fuerza exterior. La resistencia cae considerablemente, mientras que el alargamiento aumenta bruscamente. En este intervalo de temperaturas el plástico se encuentra en un estado termoelástico, parecido al del caucho.

Si sigue aumentando la temperatura, las fuerzas intermoleculares llegan a desaparecer. El plástico pasa de manera continua desde el estado termoelástico al estado fundido. Esta transición se caracteriza por el intervalo de temperaturas de fusión (TF). No se trata, en este caso, de una temperatura concreta.

En caso de que continúe el calentamiento del plástico, llega a producirse, en algún momento, la descomposición de su estructura química. Este límite queda definido por la temperatura de descomposición (Tz).

Ejemplo de termoplástico amorfo: PVC rígido (PVC-U). En la figura están representados los diversos estados del material en función de la temperatura.

La temperatura de uso del PVC rígido se encuentra entre los -10 °C y los 50 °C, aproximadamente. Superados los 150 °C, este material pasa al estado termoplástico.

La temperatura máxima dee uso del termoplástico amorfo PC, con el que se fabrican los compact disc, es de unos 135 °C. Gracias a ello, un compact disc colocado sobre el salpicadero de un automóvil, que por exposición al sol puede calentarse hasta 80 °C, todavía permanece en perfectas condiciones de uso.

Comportamiento de los Termoplásticos Cristalineos

En este tipo de termoplásticos, existen dos tipos de zonas. Por un lado, las zonas cristalinas, en las que las moléculas se hallan estrechamente empaquetadas, y por otro, las zonas amorfas, en las que las moléculas se encuentran más distantes unas de otras. Las fuerzas intermoleculares que aglutinan las zonas cristalinas son considerablemente más intensas que las de las zonas amorfas. El margen de temperaturas en el que las regiones amorfas del plástico llegan al estado termoplástico viene representado por el intervalo de temperaturas de fluencia (TF); el de las regiones cristalinas, por la temperatura de fusión de las cristalitas (TK).

Estructura Química de los Termoplásticos

Las moléculas de polímeros que forman un termoplástico están unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals que las mantienen en estructuras lineales o con cierta ramificación. Podríamos asemejar su estructura a un conjunto de cuerdas en el que cada cuerda es un polímero. Las cuerdas pueden estar más o menos entrelazadas siendo mayor la fuerza necesaria para separar cada molécula polimérica a mayor entrelazamiento. En la siguiente imagen podemos ver una representación esquemática de un termoplástico, un elastómero y un polímero termoestable.

Las fuerzas de Van der Waals entre las moléculas poliméricas que forman un material termoplástico pueden ser de diferente grado en función de la composición química de la propia molécula y de la disposición espacial que adopte. En función de esto, la estructura adoptada puede ser amorfa o cristalina y ambas pueden existir en el mismo material.

La estructura amorfa se caracteriza por una disposición desordenada de las cadenas poliméricas y es responsable de las propiedades elásticas de los plásticos. A mayor cantidad de estructuras amorfas mayor es la elasticidad del termoplástico, pero tendrá menor resistencia.

En la estructura cristalina las moléculas de polímeros se disponen de forma ordenada y mucho más compacta que en la estructura amorfa. Las fuerzas intermoleculares son más fuertes y por ello las estructuras cristalinas confieren propiedades de resistencia mecánica a los materiales termoplásticos haciéndolos resistentes a cargas, tracción y temperatura. Pero a mayor cantidad de estructuras cristalinas disminuye la elasticidad apareciendo la fragilidad.

Comparación Por Cada Material y Sus Diferencias

Propiedades del Termoplástico

Propiedades Químicas del Termoplástico

- Pueden derretirse antes de pasar a un estado gaseoso.

- Permiten una deformación plástica cuando son calentados.

- Son solubles en ciertos solventes.

- Se hinchan ante la presencia de ciertos solventes.

- Buena resistencia al fenómeno de fluencia.

Las propiedades del material de un polímero termoplástico pueden ajustarse para satisfacer las necesidades de una aplicación específica mediante la mezcla de la resina termoplástica con otros componentes.

Comportamiento Elástico: En los polímeros termoplásticos la deformación elástica es el resultado de dos mecanismos. Un esfuerzo aplicado hace que se estiren y distorsionen los enlaces covalentes de las cadenas, permitiendo que estas se alarguen elásticamente. Al eliminar el esfuerzo se recuperan de esta distorsión prácticamente de forma instantánea.

Comportamiento