Introducción a la estructura de polímeros

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Introducción a la estructura de polímeros para diseño de producto. Universidad de Guadalajara.

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  • 1. Polímeros Introducción a la estructura de losAlberto Rosa + Francisco González MadariagaCuerpo Académico 381_Innovación Tecnológica para el DiseñoUniversidad de Guadalajara
  • 2. ? 2
  • 3. Metales Oro Cobre Bronce Polímeros y Hierro Metales cristalinos elastómeros Al-Li Lento desarrollo: Aceros de fase dual Mejora en la calidad, Acero Aceros microaleados control y procesamiento Madera Nuevas super aleaciones Pieles Fibras Aleaciones de acero Adhesivos Caucho Aleaciones ligeras Compuestos Papel Pollímeros de alta temperaturaImportancia relativa Super aleaciones Pollímeros Piedra Bakelita Compuestos Titanio de alto Cerámica Zirconia módulo Cerámicos Nylon etc Poliesteres Compuestos Metal-matriz Vidrio Epóxis Cemento PE PC PS Acrílicos Kevlar-FRP Cerámicos y PMMA PP CFRP Refractarios GFRP vítreos Cerámica de ingeniería Cemento Sílica portland Pyro-cerámica fundida Fecha
  • 4. Materialtiempo deLínea deTimeline materialesuso de losFrom pre-historic times presenteDe la prehistoria al to the present Source: National Academy of Engineering (US) and ‘Lightness: The Inevitable Renaissance ofMetales Minimum Energy Structures’ Ed van Hinte & Adriaan Beukers 010 Uitgeverij, 1998Madera Importancia relativaOtros naturalesCerámicosVidrioPlásticosComposites Níquel Primeros textiles Bronce Hule natural Herramientas Herramientas de piedra Cobre Aceites de pedernal Latón Carpintería Vidrio soplado Imanes vegetales Ladrillo Oro Platino Terracota Anzuelos Papiro Mercurio Tungsteno Concreto Chapa Pergamino Papel Arcilla de hueso Cáñamo Molibdeno Loza de barro Carbón Grasa Seda Acero Porcelana Petróleo animal Vidrio Hierro Plomo Loza de China Yeso 500,000 AC 5000 AC 1000 AC 0 1000 1500 1800 1900 1925 1950 1975 2000 Triplay Titanio Poliamida (PA) Cristal Piel sintética Cemento Plástico Transistor molecular Aluminio Baquelita Fibra de Vidrio de Silicio Nanotecnología Portland sintético Fibra Vidrio de Triplay Fibra de Ca Plástico de Zirconia Electromagnetos borosilicato Polietileno (PE) Imanes de tierras raras sintética curvado Vidrio flotado almidón (PLA) Grafito Caucho vulcanizado Acero Caucho sintético Siliconas Poliuretano (PU) inoxidable HDPE Polipropileno Aleaciones de Superconductores Plástico biodegradable Magnesio Poliestireno (PS) ABS metales amorfos Acrílico Aleación NiTi Aramidas Poliesteres (PE) PET Super-aleaciones basadas en Níquel70 — INGREDIENTS NO. 2 INGREDIENTS NO. 2 — 71 Fuente: Academia Nacional de Ingeniería (US) Traducción: Alberto Rosa Sierra, CA_381, UdeG
  • 5. Artículos deportivos (5%) Mobiliario (3%)Artículos electrónicos (7%) Aplicaciones médicas (1%) Varios (8%)Transportes (14%) Construcción (22%) Envase y embalaje (40%) Principales sectores de aplicación de polímeros
  • 6. H HMETHANE CGASCH4 H HPENTANELIQUIDC5H12POLYETHYLENESOLIDC100H202 Incremento del peso molecular 6
  • 7. Polimerización1 monómero 2 polímero (cadenas macromoleculares)
  • 8. C H H H H H H H H H H H Hn· C C C C C C C C C ^ =H C C H H H H H H H H H H H H n Ethylene Polyethylene (HDPE) 8
  • 9. Chapter 4 Stiffness and weight: density and elastic moduli H H H H H H H H – – – – – – – – – C – C – C – C – C – C – C – C – Polyethylene, PE – – – – – – – – H H H H H H H H H H H CH3 H H H CH3 – – – – – – – – – C – C – C – C – C – C – C – C – Polypropylene, PP – – – – – – – – H CH3 H H H CH3 H H H H H C6H5 H H H C6H5 – – – – – – – – – C – C – C – C – C – C – C – C – Polystyrene, PS – – – – – – – – H C6H5 H H H C6H5 H H H H H Cl H H H Cl – – – – – – – – – –C–C–C–C–C–C–C–C – Polyvinyl chloride, PVC – – – – – – – H Cl H H H Cl H H F F F F F F F F – – – – – – – – –C–C–C–C–C–C–C–C – Polytetrafluoroethylene, PTFE – – – – – – – – F F F F F F F Fgure 4.16 Five common polymers, showing the chemical make-up. The strong 9 carbon–carbon bonds are shown in red.
  • 10. Clases de polímeros 10
  • 11. Morfología–AABABBBABBAAAB– Random copolymer–AAAAAAABBBAAABBBBB– Block or sequence copolymer–AAAAAAAAAAAAA– Graft copolymer B B B B B B B B B B B B B 11
  • 12. Tipos de estructuras2.18 Crystalline and amorphous structures 12
  • 13. Región Amorphous amorfa region Chain Ramificación branching de cadena Región Crystalline cristalina regionSide groups Grupos PP de baja densidad, mostrando PE de alta densidad, mostrando las regiones amorfas y las cristalinas las regiones amorfas y las cristalinas 13
  • 14. Esquema de un polímero amorfo-linear, mostrandolos enlaces principales y los enlaces secundarios. 14
  • 15. Estructura semi-cristalina Estructura amorfa
  • 16. Enlaces fuertes Enlaces débiles (Van der Waals)Comparación entre las estructuras de un termoplástico y un termoestable
  • 17. Arquitectura de la estructuracristalina del PE H H H H H H H C C C C C C C H H H H H H H Polyethylene (HDPE) 17
  • 18. Estructuras semi-cristalinas Bandas de cizalladura(c) 18
  • 19. emblanquecimientorotura 19
  • 20. gure 4.2 Schematic illustration of a normal stress craze zone [4.3] a) Undisturbed amorphous structure b) Highly aligned molecular structure c) Incipient crackgure 4.3 Model-based simulation of the irreversible deformation of semi-crystalline lamellar structures [4.2] 20
  • 21. gure 4.4 Terms, characteristic values, and designations in stress-strain curves as defined in ISO 10 350 [4.4] a) Brittle materials b) Tough materials having a yield point d) Tough materials without a yield point Y X RELATIVE STRENGTH Z Anisotropía de la madera 21