MATERILAES SINTÉTICOS II

Hola amigos como ya creo que os había mencionado, el mundo de los materiales sintéticos es muy amplio. Desde la vulcanización del caucho a día de hoy, a habido un avance muy notorio en ese campo y el abanico de opciones para la fabricación de los distintos elementos es muy amplio.

En esta entrada veremos distintos conceptos y características comenzando por:

1. Macromoléculas, monómeros y polímeros.
2. ¿Qué es un plástico? vs un polímero.
3. Plásticos elastómeros.
4. Termoplásticos y termoestables.
5. Métodos de identificación de elementos plásticos en el automóvil.
1. Otros métodos de identificación: rotura/flexión, Pirolisis, sensibilidad a distintos disolventes orgánicos.
6. Reparación de elementos termoplásticos por: grapado, soldadura, adhesivos y rellenos.

1. MACROMOLÉCULAS, MONÓMEROS Y POLÍMEROS.

• MONÓMEROS. Los monómeros son átomos individuales o pequeñas moléculas que se unen para formar polímeros, macromoléculas que están compuestas por cadenas repetidas de monómeros. Básicamente, los monómeros forman bloques de moléculas como las proteínas, el almidón y muchos otros polímeros. Existen cuatro tipos de monómeros diferentes: los aminoácidos, los nucleótidos, los monosacáridos, los ácidos grasos y estos monómeros forman a su vez los cuatro tipos básicos  de macromoléculas: las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos y los lípidos.
• Aminoácidos- Los aminoácidos son monómeros naturales que van formando bloques de diferentes tipos de proteínas, existen 20 tipos de aminoácidos y estos monómeros se unen entre sí para crear proteínas que cumplen desde diversas funciones en los humanos hasta de soporte estructural en las telas de araña.
• Nucleótidos- Los nucleótidos son monómeros que se unen para formar ácidos nucleicos, los bloques que forman el ARN y el ADN.
• Monosacáridos- Estos monómeros son la forma mas simple de los azúcares, unidades básicas que forman los carbohidratos que almacenan la energía de los animales.
• Ácidos grasos- Son monómeros que forman muchos tipos de lípidos.
• MACROMOLÉCULAS. Son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos.
• POLÍMEROS. La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas mas diversas. Existen polímeros naturales como el celulosa, cera, formado por fibras de celulosa sin embargo la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.
• POLÍMEROS TERMOPLASTICOS
• polietileno.
• polipropileno
• Cloruro de polivinilo.
• poli estireno.


• RESINAS TERMOFIJAS
• Poliuretanos.
• Urea, resinas y melanina.
• Resinas fenólicas.
• Resinas epóxicas.
• Resinas poliéster.

2. ¿QUÉ ES UN PLÁSTICO? vs UN POLIMERO.

Vamos a definir ambos conceptos y posteriormente veremos algunas diferencias.

PLÁSTICO

Son compuestos químicos orgánicos, producidos por síntesis artificial y constituidos por macromoléculas o polímeros. Son materiales con gran resistencia mecánica, de alta densidad y malos conductores de la electricidad y del calor; también presentan una gran resistencia a los ácidos, álcalis y solventes.

Se obtienen por polimerización (proceso químico mediante el cual, las moléculas llamadas monómeros, se obtienen cadenas muy largas de moléculas polímeros), de largas cadenas de moléculas de etileno.

MÉTODOS DE POLIMERIZACIÓN

POR CONDENZACIÓN                                                           POR EDICIÓN

Por unión de uno o mas monómeros diferentes.                          Unión sucesiva de varios monómeros

POLÍMERO

Los polímeros se definen como macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas (monómeros) que se repiten a lo largo de toda una cadena.

Un ejemplo ilustrativo de como se forma un polímero: es como si uniésemos con un hilo muchas monedas perforadas por el centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas serían los monómeros y la cadena con las monedas serian el polímero.

La obtención de polímeros son mediante los procesos de:

• Polimerización.
• Poliadición.

3. PLÁSTICOS ELASTÓMEROS

Las propiedades de los plásticos elastómeros están determinadas por el caucho base, los componentes de la mezcla y el grado de vulcanización. Sus principales características son las siguientes:

• Elevada resistencia mecánica.


• Resistencia a la fatiga y abrasión.


• Gran resistencia a los ataques de agentes químicos y atmosféricos.


• Amplio margen de temperaturas de uso.


• Silenciosos en su funcionamiento.


• Gran facilidad de moldeo.

Dentro de los elastómeros mas utilizados:

- CAUCHOS: neumáticos, mangueras, artículos de goma, etc.

- NEOPRENO: trajes de submarinismo, rodilleras, correas, etc.

- POLIURETANOS: gomaespuma, piel artificial ,guardabarros, etc.

- SILICONAS: prótesis, sondas y tubos de uso médico, cierres herméticos, etc.

4. TERMOPLÁSTICOS

Los productos termoplásticos están formadas por macromoléculas lineales o ramificadas. Tienen la característica de ser duros en frio y al calentarse se reblandecen y fluyen, sus propiedades mecánicas dependen en gran medida del grado de polimerización y del proceso mecánico de su preparación, otra característica de los termoplásticos es que en el proceso de calentamiento para darles forma y el posterior enfriamiento para que endurezcan con la forma deseada, puede repetirse de forma ilimitada.

Los tipos mas comunes de termoplásticos por ejemplo:

- POLIETILENOS: bolsas, recipientes, contenedores, etc.

- POLIÉSTERES SATURADOS: botellas para bebidas, envases alimenticios, etc.

- POLIESTIRENOS: protectores en embalajes, planchas aislantes, etc.

- POLIVINILOS: tuberías de agua y gas, aislantes eléctricos, impermeables, antiguos discos de música, etc.

- POLIPROPILENOS: cajas, estuches con tapa abatible, jeringuillas, etc.

Termoplásticos mas utilizados en el automóvil.

• ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno). Los podemos encontrar en: calandras, rejillas, interior del motor, salpicaderos, tapacubos, etc.
• ALPHA (ABS-policarbonato). Buenas propiedades mecánicas y térmicas lasa encontramos en spoilers, cantoneras, canalizaciones.
• PA (Poliamida). Conocida como nailon, lo encontramos en revestimientos interiores, radiadores, retrovisores.
• PC (Policarbonato). Son materiales rígidos y duros con mucha resistencia al impacto, impermeables y resistentes a la intemperie y al calor. Usados en paragolpes, pases de rueda, carenados de moto.
• PE (Polietileno). Es el polímero de mayor producción, resistente a productos químicos y elevadas temperaturas. Los encontramos en baterías, paragolpes, revestimientos interiores.
• PP (Polipropileno). Buen aislante, resistente a la tracción y la abrasión. Utilizado de manera similar al polietileno y en su mayoría en los automóviles.

4.1 TERMOESTABLES

Son denominados así al ser materiales que no sufren ninguna variación en su estructura al ser calentados, no se reblandecen ni fluyen al ser sometidos a presión o calor, siempre que no se llegue a la temperatura de descomposición.

Los tipos mas comunes de plástico: 

- FENOLES: aislantes eléctricos, interruptores, bases de enchufe.

- AMINAS: clavijas, interruptores, recubrimientos de tableros.

- RESINAS DE POLIESTER: embarcaciones, piscinas, fibras y tejidos.

- RESINAS EPOXI: material deportivo, alas de aviones, adhesivos.

Termoestables mas utilizados en el automóvil.

• GU-P (Resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio). Materiales rígidos, ligeros y con buenas propiedades mecánicas. Utilizados en portones, capós, isotermos, carenados de motos.
• GFK (Plásticos reforzados con fibras de vidrio). Son de gran fuerza resistentes a la corrosión y la intemperie. Utilizados en paragolpes, canalizaciones, salpicaderos.
• EP (Epoxi). Utilizados como adhesivos para los metales y para la mayoría de las resinas sintéticas. 

5. MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS PLÁSTICOS EN EL AUTOMOVIL

En este apartado vamos a ver los métodos de identificación de elementos plásticos en los automóviles puesto que es importante conocer la naturaleza de los mismos ya que las soldaduras deben ser realizadas con el mismo plástico, de no ser así las uniones serían muy débiles o ni tan siquiera se podrían realizar. Los métodos mas utilizados para realizar su identificación son:

- POR COMBUSTIÓN.

- POR TEST DE SOLDADURA.

- POR LA DOCUMENTACIÓN DEL VEHÍCULO DESARROLLADA EN MICROFICHAS.

-POR EL CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN INCORPORADO A LOS MATERIALES PLÁSTICOS.

Como primera identificación distinguiremos un material termoplástico de un termoestable o un elastómero.

Los elastómeros se identifican fácilmente debido a sus peculiares características, ya que estos materiales se deforman con facilidad en cualquier dirección y cuando cesa el esfuerzo que provoca esta deformación recuperan rápidamente su dimensión o forma inicial.

• IDENTIFICACIÓN DE LOS TERMOPLÁSTICOS POR COMBUSTIÓN O PIRÓLISIS. Es un procedimiento de poca dificultad y rápido, que consiste identificar el plástico basándose en el análisis de la combustión de un trozo de material extraído del elemento a reparar, los pasos a seguir son:
• Extraer la muestra necesaria de una parte no vista del elemento a reparar.
• Limpiar el trozo extraído.
• Prender el extremo del trozo con una llama limpia.
• Observar las características de la combustión. 

• IDENTIFICACIÓN POR TEST DE SOLDADURA. Al no disponer de otros tipos de información, se puede identificar el tipo de material realizando una prueba de soldadura en la parte interior del elemento con diferentes varillas de plástico. Los pasos a seguir son:
• Quitar la pintura y limpiar una zona de la parte interior del elemento a reparar.
• Seleccionar la tobera de acuerdo con la medida de la varilla.
• Ajustar la temperatura de acuerdo con el material a soldar.
• Pasar la varilla a través de la tobera y comenzar la soldadura para fijarla al material base. Soldar aproximadamente 2 cm.
• Retira el soldador, dejar enfriar y a continuación tirar de la varilla.

Si la varilla se desprende es que ese plástico no es igual, ni compatible con plástico que constituye un elemento a reparar. Por el contrario, si al tirar no se desprende o deja rastros de esta, la varilla es igual o compatible con el plástico. En ocasiones cuando los plásticos no son compatibles, según se va soldando la varilla se va despegando.

• POR EL CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN INCORPORADO A LOS MATERIALES PLÁSTICOS. La industria automovilística con el fin de colaborar con el reciclaje y los problemas ecológicos, a introducido un problema de recuperación que se caracteriza por marcar con un código todas las piezas de plástico. Los símbolos se pueden colocar en secuencia horizontal o vertical, estos símbolos que identifican el tipo de material utilizado se encuentra en todas las piezas con un peso superior a 50 g. y suele estar entre los símbolos > <, esta simbología viene regulada por la norma ISO 1043 y en España UNE 53227/92 que permite un reconocimiento inmediato del material. 

Otros métodos de identificación: rotura/flexión, Pirolisis, sensibilidad a distintos disolventes orgánicos.

- Si al producirse una rotura nos encontramos en el interior del plástico y este es duro y fibroso, estamos hablando de un termoestable.

- Si cortamos con un cúter una fina tira de plástico y tiende a rizarse se trata de un termoplástico, si por el contrario se queda en punta, es un termoestable.

- Al aplicar calor al material si se reblandece y fluye se trata de un termoplástico. Si por el contrario, no se reblandece y se destruye, es un termoestable.

- Otros métodos de identificación, de algunos termoplásticos es a través de disolventes orgánicos. La aplicación de gotas de estos disolventes a algunas piezas plásticas provoca un estado pastoso, como ejemplo de estas reacciones tenemos:

• POLIPROPILENO: no soluble.
• POLIESTIRENO: soluble con Cloroformo, Tetrahidrofurano, Acetona, Xileno. 
• ACRÍLICO: Soluble con Cloroformo (parcialmente), Tetrahidrofurano (poco).
• RESINAS EPOXI: no soluble.

6. REPARACIÓN DE ELEMENTOS TERMOPLÁSTICOS POR: GRAPADO, SOLDADURA, ADHESIVOS Y RELLENOS.

Reparar plásticos consiste en unir y reparar las zonas afectadas por pequeños daños, fisuras, desgarros, etc. siempre que resulte económicamente interesante, a continuación veremos una serie de métodos, alguno como el grapado algo novedoso para mi y a la vez interesante otros utilizando calor, algún tipo de adhesivo.

GRAPADO

 Este método para unir o reparar plásticos consiste en el uso de unos equipos eléctricos y otros de batería recargable, que tienen un transformador con regular de potencia y una antorcha de soldadura ergonómica. Esta presenta una empuñadura con interruptor, y dos electrodos con taladros en los que se introduce otro elemento que completa al sistema que son unas grapas de acero inoxidable de diferentes formas y geometrías, para reforzar la reparación en función de las características de localización esfuerzos y tensiones que vaya a soportar la pieza.

¿CÓMO FUNCIONA? Y PROCESO DE REPARACIÓN?

Se coloca la grapa en la antorcha de soldadura. al pulsar el interruptor, circula corriente eléctrica que es controlada por un transformador que ajusta la temperatura ideal para soldar grapas en diferentes espesores de plástico. Dicha corriente eléctrica circula por la grapa transformándose en calor, mediante una ligera presión se introduce con facilidad en la pieza a reparar.

Para comenzar el proceso de reparación se limpia y desengrasa la zona, comprobamos el ajuste de las zonas de la rotura si no encajan correctamente se eliminan las rebabas del material o se conforma la zona mediante calor. Para eliminar tensiones en las fisuras y evitar que avancen, se realiza un taladro al final de estas con una broca de 3 mm. de diámetro.

Por otro lado preparamos el equipo para soldar regulando la potencia adecuada al espesor del plástico y tipo de grapa, colocándola con la forma adecuada a la geometría. Luego de esto procedemos a soldar pulsando el interruptor y a la vez se presiona hasta que la grapa se introduce en la superficie, se suelta el interruptor sin separar la antorcha hasta que el plástico fundido se enfría. Se sueldan tantas grapas como sea necesario hasta conseguir la resistencia final requerida, luego con un útil de corte eliminamos las partes sobrantes de las grapas y utilizando herramientas de lijado se terminan de eliminar los restos de las grapas que puedan causar lesiones durante el resto de la reparación.

SOLDADURA

  La reparación de elementos plásticos por soldadura consiste en aplicar una fuente de calor hasta que los elementos a unir se encuentren en un estado pastoso, este es el momento en que los materiales se entrelazan para formar la unión. Esta unión se realiza entre un material de aportación de la misma composición o con uno compatible.

Algunas características de la soldadura de plásticos en comparación a la soldadura de los metales

• Los plásticos tienen un rango ma amplio de temperaturas de fusión desde que comienza a ablandarse hasta que se carbonizan o arden.
• Son malos conductores del calor y por tanto difíciles de calentar uniformemente.
• El material de aportación no se derrite por completo.

  EQUIPOS DE SOLDADURA PARA REPARACIÓN DE TERMOPLÁSTICOS

  

El equipo principal para este tipo de soldadura es la pistola de aire caliente, estos suministran unos 230 litros de aire por minuto a una temperatura entre 20 y 700ºC.

El resto del equipo os lo dejo en una imagen.

imag

Los aspectos a tener en cuenta en la soldadura de termoplásticos son:

• La composición de los elementos a reparar. Por el método de soldadura solo se pueden soldar elementos cuya composición sea igual o compatible entre si, por ello el primer paso para la reparación por soldadura es identificar el termoplástico.
• La temperatura. Cada plástico tiene una temperatura de fusión distinta y si no se tiene en cuenta se puede causar que los elementos se carbonicen.
• La presión de soldadura. Es la presión que se ejerce entre los materiales para que las moléculas de la superficie del material de aportación se mezclen con las moléculas de los elementos a unir o reparar.

ADHESIVOS

Este tipo de reparación de termoplásticos consiste en utilizar adhesivos de poliuretano o resinas epoxi. Estos adhesivos en combinación con imprimación específicas permiten ser utilizados para la reparación de todo tipo de plásticos.

Para este tipo de reparación también se utilizan otro tipo de herramientas como elementos de fijación útiles de conformado, máquinas auxiliares y lijas. Con este método de reparación se pueden reparar elementos que han perdido pequeñas cantidades de material, como elementos con grietas o la restauración de pequeños elementos.

En esta segunda parte de sintéticos aparte de los conceptos de monómeros, plásticos y polímeros también e tocado algunos puntos de métodos de identificación y reparación de elementos plásticos, hasta mi siguiente entrada.