Baixe natureza das resinas poliester e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! 1. NATURALEZA DE LAS RESINAS POLIÉSTER 1.1 POLÍMEROS Un polímero es una sustancia cuyas moléculas forman cadenas largas, generalmente compuestas de varios millares de cadenas de átomos de diferentes longitudes. Los polímeros difieren unos de otros por la naturaleza de las unidades que conforman sus cadenas y es por esto, que presentan diferentes propiedades y comportamientos en el momento de ser procesados (Morton, 1993, p.45). Algunas características que presentan los polímeros son: Resistencia mecánica y alta resistencia al impacto. Baja rigidez y alta flexibilidad. Su uso frecuente está limitado por condiciones de temperatura. Sufren deformación cuando son sometidos a una carga por un tiempo determinado, es decir que sus propiedades dependen del tiempo. Se moldean fácilmente, lo cual permite la obtención de formas complejas con un mínimo de operaciones de fabricación y acabado. Poseen bajas densidades, lo cual da como resultado productos ligeros después de ser sometidos a un proceso de fabricación. Resistentes a la corrosión y ataques químicos. Son aislantes eléctricos y térmicos (Morton, 1993, p.13-15). Los polímeros se dividen en tres categorias: Polímeros Termoplásticos: Son materiales sólidos a temperatura ambiente, pero cuando se someten a altas temperaturas se convierten en líquidos viscosos. Esta característica permite conformarlos fácil y económicamente en productos útiles. Pueden someterse repetidamente a ciclos de calentamiento y enfriamiento sin que se degraden significativamente (Groover, 1997, p.196). e Elastómeros: Son polímeros que exhiben una extrema extensibilidad elástica, cuando se sujetan a esfuerzos mecánicos relativamente bajos. Algunos elastómeros pueden estirarse alargando diez veces su longitud y luego recuperan completamente su forma original. Aunque las propiedades son bastante diferentes a las de los tremofijos, comparten una estructura molecular similar a la de estos, pero diferente a la de los termoplásticos (Groover, 1997, p.208). * Polímeros Termoestables: No toleran ciclos repetidos de calentamiento o enfriamiento como lo hacen los termoplásticos. Con calentamiento inicial se ablandan y fluyen para ser moldeados, pero las temperaturas elevadas producen también una reacción química que endurece el material y lo convierte en un sólido infusible. Si este polímero termoestable o también llamado termofijo se recalienta se degrada por pirolisis en lugar de ablandarse (Groover, 1997, p.204). Las resinas termofijas, generalmente son líquidas a temperatura ambiente, y pueden pasar de su estado inicial a sólido, mediante la adición de acelerador y catalizador, generando una reacción de polimerización. Esto se lleva a cabo a temperatura ambiente. Su proceso de endurecimiento es conocido como curado; este no se genera inmediatamente, sino que pasa un tiempo, luego de la adición del acelerador y catalizador, en el cual la resina sigue líquida y es posible darle la forma deseada. Luego, el líquido va tomando una forma gelatinosa hasta que finalmente se forma el sólido rígido. Una vez la resina llega a su estado sólido, no es posible que vuelva a su estado inicial. alcohol y ligeramente soluble en éter, es moderadamente tóxico por ingestión (EDP, 1996, capítulo VII, p. 2). 1.2.2 Poliéster Insaturado. Los poliésteres insaturados también conocidos como resinas reactivas, debido a que su polimerización y reticulación se realiza en el momento de efectuar el moldeo. Las materias primas de las que parte son líquidos viscosos. Para no confundir los poliésteres insaturados reticulados pertenecientes a los termofijos con los poliésteres saturados lineales pertenecientes a los termoplásticos, son Ilamados “resina poliéster”, Los poliésteres insaturados lineales se fabrican por la policondensación de ácidos dicarboxílicos insaturados, o por la copolicondensación de ácidos dicarboxílicos saturados e insaturados con glicoles. Los glicoles más empleados son: el propilén glicol y el butilén glicol. El ácido dicarboxílico insaturado es el maléico y el ácido dicarboxílico saturado es el ortoftálico. Debido a que los ácidos dicarboxílicos saturados e insaturados son muy inestables, se emplean como materias primas sus anhídridos. (EDP, 1996, capítulo XV, p.1). 1.2.2.1 Clasificación Poliéster Insaturado. Su clasificación está dada de acuerdo a las materias primas que se emplean para su elaboración, con lo cual se pueden obtener diferentes grados comerciales, los cuales son: e Ortoftálica: Es preparada por medio de propilén glicol, anhídrico ortoftálico, estireno y anhídrico maléico. A pesar de que cuenta con baja resistencia química, presenta propiedades mecánicas adecuadas. Se conocen también como poliésteres de uso general. Son aptos para algunas aplicaciones de 21 planta química en ambientes no agresivos y a bajas temperaturas, generalmente no mayores de 50ºC (Orrego y Vélez, p. 21). e Isoftálicas: Se fabrican a partir de ácido isoftálico, propilén glicol, anhídico, maléico y estireno. Es la que mejor resistencia química posee comparado con las demás resinas poliéster, por lo cual es usada como anticorrosivo en recubrimientos. de ácido tetrahidroftalico de e Clorendicas: Es obtenido a partir hexaclorometileno, anhídrido maléico, dietilón glicol y estireno. En formulaciones especiales su característica principal es la alta resistencia al fuego, hasta el punto de llegar a ser autoextinguible. La tabla 1 presenta el origen químico de las resinas poliéster, sus bases, propiedades generales y usos. Tabla 1. Origen químico de las resinas poliéster. Resinas de poliéster ortoftálicas a base de anhídrido ortoftálico De uso general en ambientes no agresivos Resinas de poliéster isoftálicas a base de ácido isoftálico Buen desemperio mecánico, resistentes al agua y a agentes químicos, son inertes biológicamente. Resinas poliéster isoftálicas Con neopentil glicol (ISO- NPG). Alta resistencia química y al ambiente Resinas vinil éster a base de resinas epóxicas modificadas con componentes vinílicos De excelente resistencia química y a altas temperaturas Resinas bisfenólicas modificadas con bisfenol De altísima resistencia química, excelente estabilidad hidrolítica y a altas temperaturas. Fuente tabla: Askeland, 2004. 22 En la tabla 2 se presentan algunas diferencias entre las resinas poliéster isoftálicas y ortoftálicas. Tabla 2. Diferencia en propiedades entre resinas de poliéster ortoftálico e isoftálico. Por la mayor proximidad de los grupos éster y de los dobles Rigidez Menor Mayor enlaces de los ácidos insaturados en las resinas ortoftálicas. Tiempo de i j i gelificación Menor Mayor Información no disponible. Las resinas ortoftálicas, al tener cadenas moleculares menores, Resistencia al tienen mayor numero de grupos agua Mayor Menor terminales “OH que pueden ser susceptibles a la acción del agua. Altener las resinas isoftálicas un : : menor numero de grupos Festencia Mayor menor terminales y mayor qu empaquetamiento en la reticulación. Por tener cadenas moleculares . mas largas las resinas isoftálicas Propiedades ami ; r Menor mayor iamiento entre | mecánicas Mayoi enoi y mayor espaciamiento entre las instauraciones y entre los grupos éster. Dado que las resinas ortoftálicas tienen menor grado de Resistencia al impacto Mayor Menor empaquetamiento en la reticulación. Retención de ii las propiedades Mayor Menor En na Cd mecánicas Viscosidad Mayor Menor Información no disponible Fuente tabla: Bendezú, 2002. 23 Ácido adípico y Sebásico (insaturado) Tabla 3. Propiedades que aportan los ácidos y anhídridos Dibásicos saturados e insaturados (Continuación). Flexibilidad Anhídrido tetracloftálico (insaturado) Resistencia térmica y autoextinguibilidad Temperatura de distorsión Ácido maléico (saturado) . baja o . Rigidez y temperatura de Ácido fumárico (saturado) . . distorsión elevada Fuente tabla: Elaboración propia. Los glicoles tienen una influencia importante en propiedades como: Flexibilidad, cristalinidad, sensibilidad al agua y al calor. Las propiedades que aportan los glicoles se presentan en la tabla 4. 26 Tabla 4. Propiedades que aportan los glicoles. . Flexibilidad y compatibilidad con Propilén . estireno. . Resistencia a la tensión y Etilén . . resistencia térmica o Flexibilidad y resistencia al Dietilén : impacto Fuente tabla: elaboración propia. 1.2.2.4 Reacción de Curado. El proceso de curado de un poliéster insaturado, consiste en hacer que el monómero copolimerice con el polímero a través de las insaturaciones. Para esto es necesario generar radicales libres en el sistema, es decir, romper los enlaces dobles (Orrego y Vélez, p. 22). Una vez se rompe el doble enlace se sigue una reacción de rompimiento en cadena que puede ser detenida por el inhibidor (Orrego y Vélez, p. 22). El agente de rompimiento es denominado catalizador o iniciador. Existen dos sistemas de curado para la resina: e Curado en caliente: Debido a que los catalizadores se descomponen a elevadas temperaturas, es necesario proporcionar este ambiente con la incorporación de calor a la mezcla. e Curado en frio: Para adicionar calor a la reacción cuando se trabaja la mezcla a temperatura ambiente, es necesario agregar un agente acelerador de la reacción. 27 Así como existen diferentes materias primas también existen diferentes agentes de entrecruzamiento, catalizadores y aceleradores. En la tabla 5 se muestran las propiedades que aportan los agentes de entrecruzamiento. Tabla 5. Propiedades que aportan los agentes de entrecruzamiento. Estireno Buena reactividad . . Resistencia a la intemperie y Metilmetacrilato transparencia Cianurato de triales Resistencia a la temperatura Fuente tabla. Elaboración propia. Dentro de los catalizadores y aceleradores de mayor uso se encuentran los siguientes. (EDP, 1996, capitulo XV, p. 6). e Aceleradores: o Sales metálicas * Naftenato de Cobalto » Naftenato de Cobre * Octoacto de Cobalto o Aminas = Dimetil Anilina = Dietil Anilina e Catalizadores: 28 un computador, y la máquina está disefiada con el fin de obedecer las instrucciones de un programa dado (Ruiz, 2002). Para utilizar este tipo de tecnología es necesario conocer el proceso que se debe levar a cabo. Primero debe realizarse el dibujo de la pieza u objeto que se desea maquinar, este puede ser en un programa CAD. Se deben elegir la máquina, las herramientas, la secuencia de corte, las coordenadas, los parámetros adecuados como profundidad de corte, avance, revoluciones por minuto. Posterior a esto generar el programa CNC, verificar su funcionamiento y realizar las correcciones necesarias antes de pasar a la ejecución final en la máquina. Siguiendo estos pasos, es posible que se obtengan buenos resultados. Algunas desventajas que presenta son el alto costo de la maquinaria, aumento del costo de mantenimiento y disminución de las opciones en caso de fallas. Una de las principales preguntas que surgen en la industria es en que momento se debe optar por el uso de esta. En términos de producción, algunos de estos casos son, cuando se fabrican altos volúmenes de producción, alta frecuencia de producción de un mismo producto, alto grado de complejidad en las piezas, alto grado de precisión (Ruiz, 2002). Esta decisión depende principalmente del objetivo al cual se le quiera apuntar. EI CNC no solo se aplica en máquinas y herramientas para modelar metales, sino también en la fabricación de muchos productos. 1.3.2 Prototipado Rápido. EI Prototipado Rápido puede concebirse como un conjunto de tecnologias, que permiten la obtención de prototipos, machos, moldes de inyección, entre otros, en menos de 24 horas a partir de un fichero CAD en 3D (Rodríguez, 2004, p. 5). 31 Su principal objetivo es obtener de manera rápida y exacta una réplica tridimensional de un disefio generado en aplicación CAD en 3D. Con la alta tecnología que emplea esta familia de máquinas innovadoras, es posible obtener un modelo rápido y preciso a partir de un sólido generado en CAD. Con estas máquinas de Prototipado Rápido también es posible obtener piezas con formas y detales complejos, que no se podrían fabricar en máquinas convencionales, o su proceso sería de mayor duración en centros de mecanizado CNC. En comparación con los procesos tradicionales proporciona una mayor rapidez de fabricación y obtener menores costos, y principalmente una mayor calidad y confiabilidad del producto. Para las máquinas de Prototipado Rápido, los datos son generados por los sistemas CAD en formato STL, el cual realiza una aproximación del modelo sólido por pequeiios triángulos. Las principales ventajas del Prototipado Rápido son: * Confiabilidad en la fabricación del prototipo. e Su aplicación es ampliamente extendida en diferentes áreas como automoción, aeronáutica, arquitectura, entre otras. 32