Los Plásticos DE ALINA KNIAZ Y ELENA ROSILLO

1. BACH. A/B

TRABAJO REALIZADO POR ELENA ROSILLO RUÍZ Y ALINA KNYAZ VOLOSHYN

Los Plásticos

para acceder a cada sección pulsa la pregunta

• compara las propiedades mecánicas de un PEAD y un elastómero

• ¿Por qué los plásticos termoestables no pueden recliclarse mediante fusión?

• ¿Qué papel juegan los aditivos en las propiedades de los plásticos?

ÍNDICE

• Técnica para la fabricación de piezas con cavidades internas

• Analisis entre la estructura química de los termoestables y su resistencia térmica

• ¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad del polímero en los procesos de comformación?

ÍNDICE

• Se tiene une elastómero con alta resistencia química pero baja resistencia mecánica.¿Qué aditivos podrían incorporarse para mejorar su desempeño sin comprometer sus propiedades químicas?

• Diferencias entre envejecimiento térmico y envejecimiento fotoquímico en pólimeros

ÍNDICE

• Infografía

• En un proceso de extrusión,¿Cómo afectan la velocidad del tornillo y la termperatura del cilindro a la calidad del producto final

• Comparación del proceso de polimerización por adición y condensación y sus plásticos obetindos

ÍNDICE

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• Protección contra ajentes externos

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• Mejora la fabricación del plástico

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• Mejora de las propiedades mecánicas

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• Modificación estética

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¿Qué funciones otorgan los aditivos?

Los aditivos son compuestos empleados para otorgarle al polímero nuevas capacidades o mejoran características que ya tenía y que son esenciales para adaptar el plástico al uso deseado.

¿Qué papel juegan los aditivos en las propiedades de los plásticos?

¿Qué son los aditivos?

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¿Sigues con dudas?

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En otras palabras, si intentamos calentar un termoplástico para reciclarlo, es decir, si lo exponemos a temperaturas demasiado elevadas, este se va a descomponer y carbonizar, pero no se va a fundir de manera que pueda ser moldeado nuevamente. Es por esto que decimos que los plásticos termoestables no se pueden reciclar mediante fusión. Sin embargo, si que hay procedimientos más complejos que permiten reutilizar este tipo de plásticos, como la trituración en partículas pequeñas o el reciclaje químico, que utiliza tecnologías avanzadas para recuperar o reutilizar el material.

Los plásticos termoestables no se pueden reciclar mediante fusión porque su estructura molecular no se lo permite. A diferencia de los plásticos termoplásticos (como el policarbonato, el cloruro de polivinilo, el Porexpán), que se pueden fundir y moldear varias veces (o sea, si se pueden reciclar), los termoestables (como poliéster, resina epoxi, poliuretano, melamina, etc.) al ser calentados por primera vez, pasan por un proceso de endurecimiento conocido como reticulado, donde las moléculas de los polímeros se enlazan químicamente en una red tridimensional. Este proceso es IRREVERSIBLE, es decir, una vez que el plástico se ha endurecido, las moléculas quedan unidas de manera firme y la estructura del plástico se vuelve rígida e inmune a la fusión.

¿Por qué los plásticos termoestables no pueden reciclarse mediante fusión?

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un elastómero se caracteriza por una estructura con menos enlace y por tanto una mayor flexibilidad que permite su torsión, además de ser suave y facilmente deformable, se emplea en la fabricación de suelas de calzado

El polietileno de alta densidad es un material rígido ya que su estructura de polímeros está fuertemente unida , formando una estructura compacta y resistente. No obstante, su estructura le impide un caracter flexible , se usa en botellas y envases

ELASTOMERO

PEAD

Comparación de las propiedades mecánicas de un PEAD y un elastómero

(pregunta 3)

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Para responder a esta pregunta lo primero que tenemos que saber es que la viscosidad de un material es una medida de su resistencia al flujo y que, en general, la temperatura influye mucho en el comportamiento viscoelástico de los plásticos, ya que influye sobre los enlaces (por fuerzas de Van der Waals) entre las cadenas de polímeros. Ahora sí, explicaré cómo es que influye la temperatura sobre la viscosidad del polímero en los procesos de conformación: -Cuando la temperatura aumenta, la viscosidad disminuye ya que el calor hace que las cadenas de polímeros se muevan con mayor facilidad, reduciendo la resistencia interna del material. Como resultado, el plástico se vuelve más fluido, facilitando así procesos como la inyección, el moldeo por extrusión, etc. -Cuando la temperatura disminuye, el polímero se vuelve más viscoso y rígido y el material, menos fluido, cosa que hace que sea más difícil de procesar. Sin embargo, hay que controlar la temperatura ya que, si esta es demasiado alta o demasiado baja, el material puede no adaptarse bien a los procesos de conformación, cosa que podría afectar a la calidad y la eficiencia del producto final.

¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad del polímero en los procesos de conformación?

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En la siguiente gráfica podemos ver esta relación entre la temperatura y la viscosidad del material (cuanto más aumenta la temperatura, más disminuye la viscosidad):

¿Cómo afecta la temperatura a la viscosidad del polímero en los procesos de conformación?

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Los Termoestables presentan una estructura de enlaces covalentes que se cruzan , su estructura no permite que las cadenas del polímero fluyan si se le aplica calor.Por tanto, no pueden deformarse y se descomponen químicamente (se carbonizan, solo se pueden calentar y moldear una vez) Muchas empresas añaden aditivos a los termoestables para aportarles una mayor resistencia a las temperaturas y mejorar su "flexibilidad" en su estructura molecular

Analisis entre la estructura química de los termoestables y su resistencia térmica

( PREGUNTA 5)

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En el siguiente video se explicará todo lo necesario para comprender que, para una pieza compleja como la que se desea fabricar, el mejor método es el moldeo por inyección:

En este video-animación se puede ver el proceso del moldeo por inyección:

Si se quiere fabricar una pieza compleja con cavidades internas, la técnica de conformación sugerida es el moldeo por inyección, ya que, en este caso, sería la más eficiente. Esto se debe a varios factores (*pulsar sobre cada número*):

Determina qué técnica de conformación sería más eficiente para fabricar una pieza compleja con cavidades internas y justifica tu respuesta.

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Pulsa las tapas para ver sus diferencias

Envejecimiento Fotoquímico

E S

E T

Diferencias entre envejecimiento térmico y envejecimiento fotoquímico en pólimeros

Envejecimiento Térmico

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Además de los aditivos ya explicados, también podemos añadir otros como: aditivos anti-ozono (protección de la degradación por ozono), aditivos de silicona (mejora la resistencia térmica, durabilidad, flexibilidad y elasticidad) o sílice precipitada (mejora la rigidez resistencia al desgaste y al desgaste por abrasión).

Caucho de etileno-propileno (EPDM)

Resinas de polietileno clorado (CPE)

Fibra de vidrio

Negro de humo (Carbon Black)

Para mejorar el desempeño de un elastómero sabiendo que este tiene alta resistencia química y baja resistencia mecánica, lo que podríamos hacer es incorporar ciertos aditivos que mejoren algunas propiedades mecánicas como la rigidez, la dureza, la elasticidad, la resistencia a la tracción, al desgaste, etc., pero eso sí, sin alterar sus propiedades químicas ya que estas ya son muy buenas. A continuación, mostraré algunos de los aditivos que se podrían incorporar en este caso (*pulsar sobre cada uno de ellos*):

Se tiene un elastómero con alta resistencia química pero baja resistencia mecánica.¿Qué aditivos podrían incorporarse para mejorar su desempeño sin comprometer sus propiedades químicas?

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Condensación Cuando los monómeros presentan grupos radicales como alcoholes o aldehidos, estos reaccionan entre ellos y forman enlaces covalentes liverando subproductos y coléculas como el metanol o el agua.La condensación requiere de temperaturas más altas que en los procesos de adición para llevarse a cabo, Plásticos obetindo

• Resina epoxi
• Poliuretanos
• poliester

Adición es la unión de monomeros mediante un doble enlace.La unión no genera subproductos. Por lo tanto la fórmular empírica que muestra el poliemero es igual a la del monómero inicial Plásticos obetindos

• Polipropileno
• Policloruro de vinilo
• Polietileno

Comparación del proceso de polimerización por adición y condensación y sus plásticos obetindos

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*pulsar*

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Temperatura del cilindro *pulsar*

Velocidad del tornillo *pulsar*

Ahora sí, en cuanto a la pregunta, tanto la velocidad del tornillo como la temperatura del cilindro son parámetros clave que influyen DIRECTAMENTE en la calidad del producto final. Veamos cómo influye cada uno (*pulsar sobre cada uno*):

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Antes de responder a esta pregunta, tenemos que saber que es el proceso de extrusión. Pues bien, la extrusión es el proceso industrial de fundir y moldear el plástico a flujo constante de presión y fuerza, para obtener la forma que se desea de cierto polímero para su aplicación final. Mediante la extrusión se pueden obtener productos de excelente calidad como tuberías de agua y drenaje, mangueras de jardín, envases, etc. A continuación, se mostrará una imagen del proceso de extrusión:

En un proceso de extrusión, ¿cómo afectan la velocidad del tornillo y la temperatura del cilindro a la calidad del producto final?

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Además, en las gráficas vemos que la velocidad del tornillo ideal media es de 60 rpm y que la temperatura ideal media del cilindro es de 200 °C, aunque ambos pueden variar según el producto que se fabrica.

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Con las siguientes gráficas podréis comprobar que la calidad del producto final estará en su punto máximo ÚNICAMENTE cuando, ni la velocidad del tornillo, ni la temperatura del cilindro, sean, ni demasiado altas, ni demasiado bajas. Por lo tanto, para conseguir un producto de calidad hay que encontrar el equilibrio entre ambas partes, es decir, tanto la velocidad del tornillo como la temperatura del cilindro deben ser cuidadosamente ajustadas:

En un proceso de extrusión, ¿cómo afectan la velocidad del tornillo y la temperatura del cilindro a la calidad del producto final?

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Bibliografía (2)

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Bibliografía (1)

Conclusiones

Esperamos que os haya gustado nuestro trabajo. Adiós.

Mejoran la velocidad de producción del plástico ya que actuan como agentes deslizantes o facilitan el aprovechamiento del material

Mejora de la fabricación del plástico

• destancan
• Retardantes de llama
• Estabilizadores de UV

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Es un elastómero sintético que mejora la flexibilidad, la resistencia al ozono, la resistencia a productos químicos (como aceites y combustibles), la durabilidad y la resistencia a la temperatura. Además, es ideal en este caso ya que tampoco altera las propiedades químicas del elastómero base, sino que las complementa sin comprometer la estructura molecular.

https://es.kaiao-rprt.com/influence-of-injection-molding-process-on-product-quality.html?utm_source

https://es.boyiprototyping.com/injection-molding-guide/injection-molding-screws-and-barrels/

https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/16897/1/TEMA_4_extrusion.pdf

https://www.cowinextrusion.com/es/how-to-improve-the-extruding-efficiency-and-quality-of-screw-extruder/

https://www.anahuac.mx/mexico/noticias/Extrusor-de-polimeros-que-es-y-como-funciona#:~:text=%C2%BFQu%C3%A9%20es%20el%20proceso%20de,pol%C3%ADmero%20para%20su%20aplicaci%C3%B3n%20final

https://www.mexpolimeros.com/

https://hitopindustrial.com/es/nucleo-y-cavidad-en-moldeo-por-inyeccion/

https://hitopindustrial.com/es/la-guia-definitiva-para-el-moldeo-por-inyeccion/

https://hitopindustrial.com/es/componentes-de-un-molde-de-inyeccion/

https://personales.upv.es/~avicente/material/Fcm/Fcm15/fcm15_4.html

https://lim. https -plasticos-son-reciclables/://www.fychtech.com/que ii.udc.es/docencia/din-proind/docs/respuestas/p95.htm

https://lim. https -plasticos-son-reciclables/://www.fychtech.com/que

La velocidad del tornillo controla el flujo de material y afecta al tiempo de residencia, la fricción generada y a la homogeneización. Si se aumenta la velocidad del tornillo, aumenta la eficiencia de la plastificación, pero si esta es DEMASIADO ALTA, disminuye mucho el tiempo de residencia del material en la extrusora, lo que puede afectar negativamente a su plastificación. Para compensar este menor tiempo de residencia y asegurar una adecuada plastificación, es común incrementar la relación longitud-diámetro del tornillo. Además, una velocidad demasiado alta puede elevar la temperatura de fusión del material debido al aumento de la fricción y el cizallamiento, lo que puede provocar sobrecalentamiento, degradación térmica, aparición de burbujas, etc., factores que afectan negativamente a la calidad del producto. Por otro lado, una velocidad baja permite una mejor fusión y mezcla de componentes (como aditivos), pero si esta es DEMASIADO BAJA tampoco es bueno, ya que el tiempo de residencia del material en la extrusora aumenta demasiado y el material estará expuesto al calor durante demasiado tiempo, lo que provoca un grave riesgo de descomposición del material, que, evidentemente, afecta gravemente a la calidad del producto final.

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-Es una técnica capaz de producir geometrías complejas, que, en este caso, es lo que se busca

• los usos de los aditivs son tan variados como la necesidades de mejora de las propiedades de los plásticos.
• El PEAD y los Elastomeros comparten características mecánica opuestas
• Debido a la estructura de enlaces cruzados los termoestables mantienen una resistencia a altas temperaturas pero no pueden fundirse por segunda vez
• el envejecimiento térmico y fotoquímico afecta a grupos de plásticos en mayor medida
• La composición de los polimeros y su producto final depende de como se entrelacen los monomeros

• Los plásticos termoestables son menos sostenibles que los termoplásticos ya que son mucho más difíciles de reciclar.

• La temperatura es un determinante fundamental de la viscosidad en los plásticos durante los procesos de conformación, ya que afecta su fluidez y facilidad de moldeo.
• El moldeo por inyección es la técnica más eficiente si se quiere fabricar piezas complejas con cavidades internas por su gran precisión y su capacidad de producción en masa.
• Aditivos como negro de humo, fibra de vidrio o CPE, pueden mejorar significativamente la resistencia mecánica de un elastómero sin comprometer su excelente resistencia química.
• En el proceso de extrusión, es importante controlar cuidadosamente tanto la velocidad del tornillo como la temperatura del cilindro, ya que un mal ajuste puede causar defectos graves en el producto final (degradación, mala fusión, inestabilidad dimensional, etc.)

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El moldeo por inyección tiene precisamente la ventaja de moldear piezas grandes y muy complejas con un alto grado de precisión.

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Ya que esta técnica utiliza moldes (formados por el núcleo y la cavidad), podemos dar forma tanto a las características interiores como exteriores de la pieza. El núcleo, ubicado en el lado móvil del molde, es el que da forma a las características internas de la pieza, garantizando que los intrincados detalles internos se formen con precisión (para conseguir esta precisión interna, el núcleo se fabrica con materiales sueves como el aluminio). Por lo tanto, el núcleo asegura la integridad estructural y la geometría interna de la pieza que se busca fabricar. Por otro lado, la cavidad, ubicada en el lado fijo del molde, forma las características externas de la pieza (texturas, líneas de separación…etc.) y juega un papel los contornos visibles y en garantizar que la pieza moldeada cumpla con los requisitos estéticos.

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-Permite a los fabricantes lograr tolerancias estrictas y una calidad constante en grandes tiradas de producción.

Plásticos como el Polipropileno o el Polietileno son vulnerables a sufrir est tipo de degradación

Envejecimiento Fotoquímico

Es el resultado de los plástico que quedan expuestos a radiación Ultra Violeta durante periodos prolongados, dicha exposición rompe los enlaces poliméricos dejando monómeros que reaccionan con el ambiente y se degradan .Resultando en una pérdida de resistencia o elasticidad

Pulsa para ampliar est tipo de degradación

Plásticos como el Poliestireno son vulnerables a sufrir este tipo de degradación

Envejecimiento Térmico

A diferencia del envejecmiento fotoquímico , el térmico es producido a la exposicón de temperaturas altas , dañando el plástico de forma irreversible ya que altera la composición del material y sus propiedades térmicas,

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Se trata de polímeros modificados que se usan para mejorar la resistencia al impacto y la estabilidad térmica en elastómeros. Además, lo hacen más resistente al desgaste, a las condiciones climáticas extremas y a los productos químicos agresivos. También mejora la adhesión de los elastómeros a otros materiales y no altera sus propiedades químicas ya que su estructura modificada es químicamente inactiva.

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Este método es uno de los más baratos y eficientes ya que tiene altos tiempos de ciclo y bajos tiempos de inactividad. Esto permite la producción en masa de piezas de plástico de las mismas dimensiones a un ritmo rápido

La temperatura del cilindro influye en la fusión del material, la viscosidad del polímero y el control de la degradación térmica. Si se aumenta la temperatura del cilindro mejora la eficiencia de fusión y mezcla del material, permitiendo una mejor dispersión de aditivos y una mayor homogeneidad del producto. Esto, además, aumenta la velocidad de producción. Sin embargo, si la temperatura es DEMASIADO ALTA, puede provocar la degradación térmica del material, afectando negativamente a la calidad del producto ya que sus propiedades mecánicas, estéticas o funcionales se verían afectadas. Por otro lado, si la temperatura es DEMASIADO BAJA el material no se funde correctamente y tampoco fluye como debe hacerlo, lo que puede provocar bloqueos en el sistema de extrusión además de que el material puede no alcanzar la viscosidad adecuada para la formación y salida del producto de manera eficiente. A parte de esto, el producto final puede tener líneas de soldadura visibles, abolladuras y tamaños inestables, factores que afectan a su integridad y funcionalidad (calidad del producto final baja).

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El refuerzo con fibra de vidrio en elastómeros, se usa para aumentar su resistencia mecánica, que es lo que nosotros buscamos en este caso, especialmente en elastómeros termoplásticos y cauchos. Este aditivo mejora la rigidez, la dimensionalidad y la resistencia a la fatiga y a las fracturas del elastómero y es ideal si se necesitan materiales más rígidos y duraderos, como aislantes eléctricos y sellos de alta presión. Además, al ser un material inerte, no altera las propiedades químicas del elastómero, por lo que podemos mantener la alta resistencia química del elastómero.

Mejora de las propiedades mecánicas

Aumenta la flexibilidad del plástico aumentado su resistencia a cargas y torsiones, mejoranto su peso y su durabilidad a la hora de desempeñar las funciones más exigentes

Tipos de aditivos

• Modificadores de impacto
• Fibra de carbono
• Plastificantes

Modificación estética

Cambian su color, textura, acabado finallos aditivos más comunes empleados para este fin son:

• Polvo de mica
• Pigmento termocrómico
• Pigmentos fotocromáticos
• Polvo de perlas

Algunos aditivos que cumplan esta característica

• Impermeabilizantes
• Antioxidantes

Evitan que el plástico se degrade debido a la oxidación o la incidencia de radiación solar

Protectores contra agentes externos

• https://ruc.udc.es/dspace/bitstream/handle/2183/9641/CC_32_art_3.pdf

• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391023000125

• https://www.sigmaaldrich.com/US/es/applications/materials-science-and-engineering/polymer-synthesis

• https://plasticseurope.org

• https://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoescuela/recursosdigitales/2015/03/21/polimeros-y-reacciones-de-polimerizacion/

• https://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/10690-Estudio-de-materiales-termoestables-reforzados-para-uso-en-aisladores-electricos.html

• https://www.mexpolimeros.com/envejecimiento%20acelerado%20uv.html

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El negro de humo es un relleno que se utiliza mucho en la industria de los elastómeros, especialmente en cauchos. Este aditivo tiene una alta capacidad de refuerzo mecánico, mejorando así la resistencia a la abrasión, la fatiga y la tracción del material. Además, también actúa como protector UV, que ayuda a prevenir daños por exposición al sol, prolongando la vida útil del elastómero. Este aditivo no altera las propiedades químicas del elastómero, ya que, en este contexto, es un material inerte.