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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/422| Sustitución de piezas metálicas por piezas plásticas | |
| VIRGINIA ABYGAIL GALVEZ JUAREZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Procesos de Transformación de Plásticos | |
| El descubrimiento del hule y la síntesis de plásticos artificiales dieron un vuelco a
la naturaleza de los materiales que rodean a la humanidad. En virtud de su versatilidad y
características, los plásticos han remplazado rápidamente a otros materiales como madera,
cerámicos, algodón, cuero, vidrio, papel y metales, en muchas aplicaciones, entre las que
se encuentran empaques, electrónica, ingeniería, plomería, automotriz, telecomunicación,
industrial, construcción, agricultura, artículos deportivos, electrodomésticos y consumibles
para el hogar. Hoy, los materiales plásticos son importantes satisfactores de necesidades en
cualquier sociedad. En los países desarrollados, cada habitante cuenta en promedio con 100
kg de plástico. En México esta cifra ya supera los 15 kg, y su influencia abarca sectores
industriales de gran importancia.
El uso de materiales plásticos en sustitución de metales es atractivo debido a tres
factores principalmente: su versatilidad y facilidad de producción y a la reducción en peso
que presentan las piezas plásticas, lo cual lleva a una reducción de costos. Algunas ventajas
adicionales que presentan los plásticos en comparación con los metales son su resistencia a
la corrosión, reducción al desgaste, una buena resistencia al impacto y no necesitan
lubricación. El reemplazo de metal por plástico ha impulsado el crecimiento de la industria
de moldeado en todo el mundo. Hoy en día las sustituciones más evidentes y más fáciles ya
se han hecho, por lo que el reto en el campo de la sustitución es desarrollar o mejorar
plásticos con características similares a los metales utilizados en las aplicaciones en las que
no se ha llevado a cabo la sustitución.
Los metales que han sido sustituidos son plomo, estaño, cobre, zinc, diversos tipos
acero, hierro, aluminio y algunas aleaciones de magnesio, zinc/aluminio, berilio/cobre y
latón. En su lugar se utilizan plásticos de uso común o commodities, que son los polímeros
básicos, de gran volumen de consumo y de precio bajo, mas de 70% de la producción
mundial y mexicana de plásticos corresponde a estos plásticos (PB, PP, ABS, PVC, EVA y
HIPS), plásticos de ingeniería (PBT, PET, POM, PA, TPEs y PC), son materiales
procesables que pueden ser transformados en productos de dimensiones precisas y estables,
con propiedades mecánicas altas aun a temperaturas superiores al 100 °C, resistencia tensil
por arriba de los 40 MPa y con una relación (bajo volumen de producción / alto precio) que los diferencia de la correspondiente a los commodities. Estos materiales compiten en propiedades y mercado principalmente con metales como el aluminio, acero rolado en frío, magnesio, zinc y latón. Entre sus principales usos se encuentran en las áreas de electricidad, electrónica, transporte y maquinaria industrial. Los plásticos de especialidad o alto desempeño (PPA, PPS, PEEK, PEI, PSO, PPE, PAT y PI) poseen propiedades especiales superficiales, eléctricas, mecánicas, térmicas y ópticas, tiene una relación (producción / alto costo) inferior a los plásticos de ingeniería antes mencionados. Se utilizan también algunos elastómeros como el neopreno y el butadieno, además de algunos elastómeros termoplásticos como el de poliuretano (TPU) y de estireno (TES). Desde hace algunos años se utilizan también plásticos reforzados con fibras ya sean de vidrio o carbono, compuestos de madera-plástico (WPC), compuestos de alta densidad y más recientemente polímeros reforzados con nanocompuestos, como nanocristales metálicos y nanoarcillas. Los plásticos son tal vez los materiales más versátiles que conocemos. Estos materiales sintéticos, pueden ser hechos con características específicas para satisfacer los requisitos de rendimiento sobre su uso final. Pueden formularse de diversas formas, agregándoles aditivos, reforzantes o rellenos, o combinarlos entre ellos para mejorar o modificar las propiedades del polímero. Uno de los métodos más comúnmente utilizados para la síntesis de estos materiales es la polimerización, que es una reacción química en la que los monómeros (unidad estructural), que son moléculas de bajo peso molecular se unen para formar una larga molécula en forma de cadena y con alto peso molecular. Existen varios métodos de polimerización, por emulsión, suspensión, en masa y en solución. Además de 2 tipos de polimerizaciones: la poliadición, que es la reacción en la que la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforma, se requiere de un iniciador (entre los mas comunes se encuentran los peróxidos y los azo compuestos) que genere radicales libres, cationes o aniones y de un monómero que contenga en su estructura un grupo de doble enlace polimerizable, este mecanismo de polimerización se divide en tres etapas: iniciación, propagación y terminación. Además de estas etapas, esta polimerización involucra, previo a la etapa de iniciación, generación de especies cargadas (radical libre, catión o anión). También existen reacciones de transferencia que permiten el control del tamaño de las moléculas de polímero que se forma. La policondensación es la reacción donde la molécula de monómero pierde átomos y genera subproductos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua o HC1 gaseoso. Se requieren monómeros que contengan en su estructura grupos químicos que reaccionen entre si. Los grupos químicos pueden estar en el mismo monómero o en monómeros diferentes. Por medio de la los métodos y los tipo de polimerización mencionados pueden sintetizarse copolimeros, que son polímeros formados por más de 2 monómeros o unidades estructurales. Lo que distingue a los polímeros (macromoléculas) de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general tienen excelente resistencia mecánica debido a el enlace covalente que mantiene unidos a los polímeros y que las grandes cadenas poliméricas se atraen, gracias a las fuerzas de atracción que existe entre ellas. Estas fuerzas de atracción intramoleculares dependen de la composición química del polímero y puedes ser de varios tipos: fuerzas de Van der Waals, dipolos permanentes, puentes de hidrogeno y enlaces iónicos. Algunas de las principales ventajas de los plásticos son que pueden reciclarse, reprocesarse, algunos son amigables con el medio ambiente, requieren poca energía para su procesamiento, conversión en un producto final y reciclado en comparación con otros materiales, son fáciles de manipular y pueden ser procesados con estrictas tolerancias dimensiónales y tiene una amplia disponibilidad. | |
| 2009 | |
| Trabajo terminal, especialidad | |
| QUÍMICA | |
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