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CIENCIA DE MATERIALESTRANSCRIPT
INFORME CUARTO CIENCIAS DE LOS MATERIALES
OSORIO BENAVIDES JHOJAN DAVID
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA
(NEIVA)
2015
INFORME CUATRO DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES
SANDOVAL ORTIZ VÍCTOR FELIPE
OSORIO BENAVIDES JHOJAN DAVID
CLEVES VARGAS MICHAEL JHONATAN
PRESENTADO AL INGENIERO:
DIEGO HERNÁN CASTRO PEÑA
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA
(NEIVA)
2015
CUARTO INFORME DE CIENCIA DE OS MATERIALES
TEMATICA A DESARROLLAR:
Parte III MATERIALES PARA LA INGENIERÍA.
CA PITULO 15 (polímeros) Secciones:
15-1 Introducción.
15-2 Clasificación de los polímeros.
15-7 Deformación y falla de los polímeros termoplásticos.
15-9 Elastómeros (Hules).
15-10 Polímeros termoestables.
15-11Adhesivos.
CA PITULO 17 (Materiales para la construcción) Secciones:
17-1Introduccion.
17-2 Estructura de la madera.
17-4 Propiedades mecánicas de la madera.
17-7 Concreto.
17-8 Propiedades del concreto.
17-10Asfalto.
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INFORMACION EXTRAIDA DEL LIBRO (“CIENCIA EN INGENIERIA DE LOS MATERIEALES-DONALD ASKELAND-3 EDICION. PDF”)
Prefacio
Principal objetivo.
En este trabajo queremos conocer y descubrir las principales características de los
materiales polímeros y los materiales para la construcción, Se examinaron varios métodos
utilizados para controlar la estructura y las propiedades mecánicas de los materiales,
(proceso llamado como polimerización). Donde el cual las moléculas más pequeñas se
ordenan y crean moléculas más grandes creando estructuras.
Podemos destacar también que unos materiales destacados para la construcción e
infraestructura de cualquier nación se usan unos materiales compuesto que son la madera,
concreto y el asfalto. Las propiedades mecánicas de cada material se pueden predecir y
controlar al comprender los enlaces atómicos y moleculares que se han estudiado en
secciones anteriores.
TABLA DE CONTNEIDO
Temática………………………………………………………………………...2
Prefacio………………………………………………………………………………3
Capítulo 15 (polímeros)…………………… ……………………………..………… 6
Capítulo 17 (Materiales para la construcción)………………………………...13
Conclusiones……………………………………………………………………25
MATERIALES POLIMEROS
Sección 15,2 CLASIFICACION
Los polímeros se clasifican en varias formas:
1) Según la manera en la que las moléculas sin sintetizadas
2) En función de su estructura molecular
3) Por su familia
El método más usado para describir los polímeros es en función de su comportamiento
mecánico y térmico.
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS
La investigación y el desarrollo de nuevos tipos de polímeros impone la necesidad de
contar con un sistema que permita clasificarlos de sus características, y estudiar sus
propiedades.
http://www.textoscientificos.com/polimeros/clasificacion
Según la cantidad de monómeros diferentes en el polímero
Homopolímero
Polímero constituido por la repetición de un único monómero (cadena homogénea).
Ejemplos son: polietileno, poli estireno, poliacrilonitrilo, poli(acetato de vinilo).
Si A representa al monómero entonces la estructura del homopolímero es:
~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~
Copolímero
Polímero constituido por dos o más monómeros (cadena heterogénea). Algunos ejemplos
son los denominados con las siglas: SAN, NBR, SBR.
Si A y B representan los monómeros entonces existen tres formas de disponerlos en la
cadena:
Copolímeros al azar (u aleatorios): Copolímero con los monómeros unidos en una
secuencia desordenada a lo largo de la cadena del polímero:
~A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-B-A-A-A~
Según la relación a la estructura química de los monómeros constituyentes del
polímero
Esta clasificación toma en cuenta el grupo funcional de los monómeros. Los ejemplos más
conocidos son:
Poliésteres – poli(tereftalato de etileno), policarbonato.
http://www.textoscientificos.com/polimeros/clasificacion
Poliéteres – poli(óxido de etileno), poli(óxido de fenileno).
Poliamidas – Nylon, poliimida.
Polímeros celulosos – nitrato de celulosa, acetato de celulosa.
Polímeros acrílicos – poli(metacrilato de metilo), poliacrilonitrilo.
Polímeros vinílicos – poli(acetato de vinilo), poli(alcohol vinílico).
Poliuretanos – denominación genérica de los derivados de isocianatos
Resinas formaldehido – resina fenol-formol, resina urea-formol.
Según la forma de la cadena polimérica
De acuerdo a la forma de las cadenas macromoleculares los polímeros pueden ser:
Lineales: no tienen ramificaciones.
http://www.textoscientificos.com/polimeros/clasificacion
Ramificados: todas las moléculas tienen ramificaciones (pequeñas cadenas laterales).
Entrecruzados: los polímeros poseen estructura tridimensional, donde las cadenas están
unidas unas a otras por enlaces laterales
Clasificación de acuerdo al comportamiento térmico
El efecto de la temperatura sobre los polímeros permite realizar la clasificación siguiente:
Termoplásticos: son polímeros que se funden al calentarlos y se solidifican al enfriarse.
Ejemplos de éstos son: polietileno, poli(tereftalato de etileno), poliacrilonitrilo, nylon.
Termorígidos: son polímeros que en el primer calentamiento forman enlaces entrecruzados
que impiden su fusión y disueltos en solventes.
Ejemplos de estos materiales son: resina fenol-formol, resina melanina-formol, resina urea-
formol.
Clasificación de acuerdo al comportamiento mecánico
Plásticos (del griego: adecuado para el moldeo) son polímeros que durante alguna etapa
fabricación son llevados al estado líquido para moldearse por calor o presión en un molde.
Una que las piezas hayan solidificado el material es químicamente muy estable bajo
condiciones ambientales normales.
Ejemplos de estos materiales son: polietileno, polipropileno, poliestireno.
Elastómeros (o cauchos): son materiales poliméricos de origen natural o sintético. Los
cauchos se caracterizan por su capacidad de recuperar la forma original rápidamente
después de sufrir una deformación bajo la acción de una fuerza: Además, conservan esta
propiedad aún con deformaciones grandes (mayores al 100 %) aplicadas por tiempos
prolongados.
http://www.textoscientificos.com/polimeros/clasificacion
Ejemplos de estos materiales son: poli butadieno, caucho nitrílico, poli(estireno-co-
butadieno).
Fibras: son materiales que tienen una relación longitud/diámetro muy grande. Las fibras
están constituidas frecuentemente por macromoléculas lineales orientadas
longitudinalmente.
Ejemplo de fibras son: poliésteres, poliamidas y poliacrilonitrilo.
http://www.textoscientificos.com/polimeros/clasificacion
SECCIÓN 15,7 DEFORMACIÓN Y FALLA DE LOS MATERIALES TERMOPLÁSTICOS.
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http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2017.pdf
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http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2017.pdf
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http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2017.pdf
Sección 15,9 Elastómeros (Hules)
Generalidades de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Descripción de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Los elastómeros son una gran familia de polímeros caracterizados por su naturaleza amorfa,
su baja temperatura de transición vítrea, la gran capacidad de sufrir deformaciones elásticas
sin ruptura, ser blandos y de bajo módulo elástico.
Las moléculas de estos materiales están entrecruzadas por medio de enlaces químicos o
formando estructuras torcidas o rizadas, aquí radica la diferencia con los termoplásticos,
además de conferirles gran elasticidad (recuperan casi totalmente su forma original) , son
también insolubles, no funden con excepción de los elastómeros termoplásticos) y no
pueden ser reciclados.
Usos de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Las aplicaciones más comunes son la elaboración de neumáticos, suelas de zapatos,
mangueras para aceites, gasolina, algunos reactivos químicos, juntas herméticas,
recubrimientos para reactores y tanques, aislantes para bajas temperaturas, tubos de uso
alimentario y médico, etc.
Tipos de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Los elastómeros se pueden clasificar de acuerdo a su composición química, algunos
ejemplos son:
Grupo R (rubber): La cadena principal se forma de carbono, hidrógeno y dobles enlaces;
algunos ejemplos son el caucho natural, el poliisopreno, polibutadieno, caucho estireno-
butadieno.
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http://www.cosmos.com.mx/wiki/cyws/elastomeros-hules-sinteticos
Grupo M (methylene): La cadena principal esta saturada y formada por átomos de
carbono e hidrógeno, ejemplo el caucho acrílico, caucho etileno-propileno, polietileno
clorado, etc.
Proceso de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Como se mencionó anteriormente un requisito, para que un material se considere
elastómero es que su estructura molecular sea entrecruzada; a la técnica utilizada con tal
fin, se le denomina vulcanización. La vulcanización se realiza mediante una reacción
química no reversible a altas temperaturas, y en donde generalmente se añaden compuestos
de azufre al elastómero caliente.
El azufre une cadenas vecinas formando enlaces entre cruzados.
Propiedades de los Elastómeros (hules Sintéticos)
Un polímero se clasificará como elastómero, si cumple las siguientes propiedades:
Debe cristalizar con dificultad: Los elastómeros son sólidos amorfos.
Los elastómeros deben experimentar una gran deformación elástica, para ello la
deformación plástica debe retrasarse: El entrecruzamiento entre cadenas, origina una
restricción de la movilidad, lo que contribuye a este efecto.
Los enlaces intra-cadena deben rotar relativamente libres: Esta característica facilita la
respuesta de las cadenas enrolladas al aplicar un esfuerzo.
Deben estar por encima de la temperatura vítrea: La menor temperatura donde persiste
en comportamiento elastomérico, para la mayoría de los materiales está comprendida entre
-50 y -90 ºC.
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http://www.cosmos.com.mx/wiki/cyws/elastomeros-hules-sinteticos
Sinonimias de los Elastómeros (hules Sintéticos)
En ocasiones los términos hule y elastómero se utilizan indistintamente para referirse al
mismo material en la industria; sin embargo, un elastómero se define como un material
capaz de recuperarse en forma y tamaño una vez eliminada la carga, y hule se define como
el material que se recupera con rápidez de grandes deformaciones.
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http://www.cosmos.com.mx/wiki/cyws/elastomeros-hules-sinteticos
Sección 15, 10 polímeros termoestables.
Estos polímeros presentan una estructura del tipo reticular a base de uniones covalentes,
con entrelazamiento transversal de cadenas producido por el calor o por una combinación
de calor y presión durante la reacción de polimerización.
A menudo, los polímeros termoestables se obtienen en forma de dos resinas liquidas.
Una contiene los agentes de curado, endurecedores y plastificantes, la otra materiales de
relleno y/o reforzantes que pueden ser orgánicos o inorgánicos.
Cuando se mezclan estos dos componentes, se inicia la reacción de entrecruzado, de
igual modo que en otros se inicia por calor y/o presión. Debido a esto, los termoestables no
pueden ser recalentados y refundidos como los termoplásticos. Esto es una desventaja pues
los fragmentos producidos durante el proceso no se pueden reciclar y usar.
En general, las ventajas de los plásticos termoestables para aplicaciones en ingeniería
son:
1 - Alta estabilidad térmica.
2 - Alta rigidez.
3 - Alta estabilidad dimensional.
4 - Resistencia a la termofluencia y deformación bajo carga.
5 - Peso ligero.
6 - Altas propiedades de aislamiento eléctrico y térmico.
En la tabla 15.5 aparecen reflejadas las características y propiedades más importantes
de los termoestables más extendidos, algunos aspectos de ellos los citamos a continuación.
http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm15/fcm15_6.html
Tabla 15.5. Estructura, propiedades y aplicaciones de diferentes polímeros termoestables industriales.
Polímero
Estructura
Carga rotura (MPa)
Alarg. (%)
Módulo de
elasticidad
(GPa)
Densidad
(Mg/m3)
Aplicaciones
Fenólicos
34-62
0-2 2.8-9.0 1.27
Adhesivos, revestimientos, laminados.
Aminas
Melamina
Urea
34-69
0-16.9-11.0
1.50
Adhesivos, almacenamiento de alimentos, moldeados eléctricos.
Poliésteres
41-90
0-3 2.1-4.5 1.28
Moldeados eléctricos, laminados decorativos, matrices para refuerzo con fibra de vidrio.
Epoxis28-103
0-6 2.8-3.4 1.25
Adhesivos, moldeados eléctricos, matriz para laminados aeronáuticos.
Uretanos
34-68
3-6 1.30
Fibras, revestimientos, espumas, aislantes.
Furanos
21-31
0 10.9 1.75
Aglomerantes para moldeado en arena.
Siliconas
21-28
0 8.3 1.55
Adhesivos, juntas y cierres estancos.
RESINAS FENOLICAS: Los plásticos fenólicos fueron los primeros desarrollados por la
reacción del fenol con formaldehído para fabricar la baquelita. Son de bajo coste, tienen
excelentes propiedades aislantes eléctricas y térmicas, aunque están limitadas por el color,
negro y marrón.
Este tipo de resinas se produce por reacciones de condensación. Para el curado de las
mismas se precisan entre 120-177ºC y se suelen adicionar componentes de relleno que
aumentan su peso desde el 50 hasta el 80%, reduciendo la contracción, abaratando costes y
aumentando la resistencia.
Los usos más extendidos de este tipo de resinas son: compuestos de uso general, con
cargas que aumentan su resistencia al impacto desde harinas de madera a celulosa con fibra
de vidrio; compuestos aislantes de la electricidad, con cargas del tipo mica para aumentar
resistencia eléctrica y compuestos resistentes al calor, de 150 a 180ºC, que incorporan
cargas de arcilla.
Los usos mas corrientes son dispositivos de instalación e interruptores eléctricos,
conectores, relés telefónicos, en el sector de automoción como adhesivos y en las arenas de
moldeo de metales.
RESINAS EPOXI. Este tipo de polímeros generalmente no da lugar a productos de
reacción cuando se produce el curado además de presentar poca contracción. Presentan
buena adherencia a otros materiales junto a buena resistencia química, propiedades
mecánicas y buen comportamiento como aislante eléctrico.
Estas resinas se caracterizan por tener dos o más grupos epoxi por molécula, junto a
anillos aromáticos, tal como muestra la estructura de la figura 15.21.
Figura 15.21. Estructura química general de las resinas epoxi.
Para formar los sólidos termoestables, las resinas deben curarse o polimerizarse con
agentes catalíticos y/o de cruzado de cadenas, produciendo el entrecruzado en los sitios
ocupados por los grupos epoxi e hidroxílico, produciendo productos de condensación de
aminas, anhídridos y aldehidos.
Las resinas epoxi se caracterizan por su bajo peso molecular que en estado liquido les
proporciona una elevada movilidad en el proceso, lo que las hace especialmente
interesantes como adhesivos, así como la posibilidad de ser licuadas en su forma final para
envasado y encapsulado eléctrico.
Las aplicaciones mas extendidas de estos polímeros son una amplia variedad de
recubrimientos protectores por su resistencia química y mecánica. Dentro de la industria
electrónica se usan por su elevada resistencia dieléctrica, baja contracción en el curado,
buena adhesión y alta humidificación, de aquí su extensa aplicación como aislantes de alto
voltaje.
POLIESTERES INSATURADOS: Estos termoestables tienen un doble enlace de carbono
muy reactivo. El enlace éster se produce por la reacción de un alcohol con un ácido
orgánico, tal como se observa en la figura 15.22, la resina poliéster se forma por la reacción
de un diol (alcohol con dos grupos -OH) con un diácido, que tiene un doble enlace muy
reactivo.
15.22. Reacción de formación de un poliéster lineal.
Los poliésteres se someten a cruzamiento con moléculas del tipo vinilo como el
estireno en presencia de sustancias con radicales libres como los peróxidos.
Estas resinas presentan bajas viscosidades, susceptibles de mezclarse con grandes
cantidades de materiales de relleno y reforzantes (hasta un 80% de fibra de vidrio). Son
usados en la fabricación de paneles de automóvil y prótesis, tuberías, conductos etc.
UREAS Y MELAMINAS: Se producen por reacción controlada de formaldehído con
compuestos que tienen el grupo amino, -NH2-. Los dos tipos de resinas más importantes
son la urea-formaldehído y la melamina-formaldehído, que se producen por mecanismo de
condensación, proporcionando un grupo amino en el extremo de la cadena que da lugar a
una estructura reticular muy rígida con un elevado grado de entrecruzamiento. Se emplean
para placas de pared y receptáculos eléctricos, adhesivos para madera etc.
http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm15/fcm15_6.html
Sección 15,11 Adhesivos
Capítulo 17 (Materiales para la construcción) Secciones:
17-1Introduccion.
17-2 Estructura de la madera.
17-4 Propiedades mecánicas de la madera.
17-7 Concreto.
17-8 Propiedades del concreto.
17-10Asfalto.
CONCLUSIONES
Como resultado de este trabajo (informe) es posible concluir que existe una relación
entre la infinidad de materiales presentes en la faz de la tierra, que todos estos
materiales ya mencionados anteriormente están interrelacionados entre sí.
Conocimos a fondo las propiedades de cada uno de los materiales tanto mecánicas
como físicas. Su esfuerzo, resistencia y la capacidad de ceder de cada uno, y los
ensayos más conocidos que se les practica a estos materiales.
Supimos cómo realizar una aleación entre estos, para que dé como resultado un
material aleante ferroso o no ferroso, y la importancia de estos ante el mundo ya que
su aplicación se presenta en casi todo lugar a donde veamos.
BIBLIOGRAFIA
INFORMACION EXTRAIDA DEL LIBRO (“CIENCIA EN INGENIERIA DE LOS
MATERIEALES-DONALD ASKELAND-3 EDICION. PDF”)
HTTP://WWW.UTP.EDU.CO/~PUBLIO17/TEMAS_PDF/
PROP_MECANICAS_2.PDF
HTTP://WWW.TEXTOSCIENTIFICOS.COM/POLIMEROS/CLASIFICACION
HTTP://WWW.UCA.EDU.SV/FACULTAD/CLASES/ING/M210031/TEMA
%2017.PDF
HTTP://WWW.COSMOS.COM.MX/WIKI/CYWS/ELASTOMEROS-HULES-
SINTETICOS
HTTP://WWW.UPV.ES/MATERIALES/FCM/FCM15/FCM15_6.HTML