Este documento trata sobre polímeros y materiales compuestos. Explica la estructura, clasificación y propiedades de los polímeros como termoplásticos, termoestables y elastómeros. También cubre los conceptos de grado de polimerización, relación estructura-propiedades, efectos de la temperatura y aditivos. Finalmente, introduce los materiales compuestos, describiendo ejemplos y factores a considerar en su diseño como la longitud y orientación de las fibras.

1. TEMA 5:
POLÍMEROS Y MATERIALES
COMPUESTOS
CIENCIA DE MATERIALES II

2. CIENCIA DE MATERIALES II 2
ÍNDICE
Estructura de los polímeros
Clasificación de los polímeros
Grado de polimerización
•Estructura y propiedades
•Efecto de la temperatura
•Propiedades mecánicas
Termoplásticos
Elastómeros (gomas)
Polímeros termoestables
Aditivos
Composites

3. CIENCIA DE MATERIALES II 3
ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
Modelo tridimensional para el Polietileno
Modelo espacial para el Polietileno
Modelo bidimensinal para el Polietileno

4. CIENCIA DE MATERIALES II 4
GRADO DE POLIMERIZACIÓN
Se define el grado de polimerización como el peso molecular medio del
polímero dividido por el peso molecular del monómero (es decir, el número de
veces que se repite el monómero).
Monómero Polímero
Monómero

5. CIENCIA DE MATERIALES II 5
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS
 TERMOPLÁSTICOS: Polímeros lineales o ramificados en los que las cadenas de moléculas
no están interconectadas entre sí por enlace covalente (sólo débil van der Waals).
Características: plástico, amorfo o cristalino, funden por calentamiento, fácil reciclado.
 TERMOESTABLES: Polímeros que están fuertemente reticulados (enlaces covalentes) para
producir una estructura de red tridimensional fuerte. Más fuertes pero más frágiles, no se
funden al calentar, difícil reciclado.
 ELASTÓMEROS: Se trata de polímeros (termoplásticos o termoendurecibles ligeramente
reticulados) que tienen una deformación elástica> 200%.

6. CIENCIA DE MATERIALES II 6
TERMOPLÁSTICOS

7. CIENCIA DE MATERIALES II 7
TERMOPLÁSTICOS

8. CIENCIA DE MATERIALES II 8
TERMOPLÁSTICOS

9. CIENCIA DE MATERIALES II 9
RELACIÓN ESTRUCTURA-PROPIEDADES
 GRADO DE POLIMERIZACIÓN: Resistencia, resistencia a la fluencia, tenacidad,
resistencia al desgaste y punto de fusión aumentan con el peso molecular.
 EFECTO DE GRUPOS LATERALES: Los átomos laterales más grandes o los grupos de
átomos hacen más difícil que las cadenas puedan rotar, desenrollar y deformar 
mayor resistencia, rigidez, punto de fusión.
 RAMIFICIACIÓN: Evita el empaque denso de cadenas, reduciendo la densidad,
rigidez y resistencia.
 CRISTALINIDAD: Afecta en las propiedades mecánicas y ópticas de los polímeros.
 TACTICIDAD: Describe la localización de las cadenas de polímeros donde hay
grupos no simétricos.
TERMOPLÁSTICOS

10. CIENCIA DE MATERIALES II 10
1.La ramificación, que reduce la densidad y el cierre de las cadenas, reduce las propiedades
mecánicas del polietileno.
2. La adición de átomos o grupos de átomos distintos del hidrógeno a la cadena aumenta la
resistencia y la rigidez. El grupo metilo en polipropileno proporciona alguna mejora, el anillo de
benceno en el estireno proporciona propiedades más altas, y el átomo de cloro en cloruro de
polivinilo proporciona un gran aumento en propiedades.
RELACIÓN ESTRUCTURA-PROPIEDADES
TERMOPLÁSTICOS

11. CIENCIA DE MATERIALES II 11
©2003
Brooks/Cole,
a
division
of
Thomson
Learning,
Inc.
Thomson
Learning
™
is
a
trademark
used
herein
under
license.
ISOTÁCTICO
SINDIOTÁCTICO
ATÁCTICO
TACIDAD
TERMOPLÁSTICOS

12. CIENCIA DE MATERIALES II 12
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson
Learning™ is a trademark used herein under license.
ESFERULITAS
CRISTALINIDAD
TERMOPLÁSTICOS

13. CIENCIA DE MATERIALES II 13
 Temperatura de degradación: La temperatura por encima de la cual un
polímero se quema, se carboniza o se descompone.
 Temperatura de transición vítrea: El intervalo de temperaturas por debajo del
cual el polímero amorfo adopta una estructura vítrea rígida.
TERMOPLÁSTICOS
EFECTO DE LA TEMPERATURA

14. CIENCIA DE MATERIALES II 14
©2003
Brooks/Cole,
a
division
of
Thomson
Learning,
Inc.
Thomson
Learning
™
is
a
trademark
used
herein
under
license.
Relación entre la densidad
y la temperatura del
polímero muestra las
temperaturas de fusión y
temperatura de transición
vítrea.
Hay que tener en cuenta
que Tg y Tm no son fijos;
Más bien, son rangos de
temperaturas.
TERMOPLÁSTICOS
EFECTO DE LA TEMPERATURA

15. CIENCIA DE MATERIALES II 15
Efecto de la
temperatura sobre el
módulo de elasticidad
para un termoplástico
amorfo.
©2003
Brooks/Cole,
a
division
of
Thomson
Learning,
Inc.
Thomson
Learning
™
is
a
trademark
used
herein
under
license.
TERMOPLÁSTICOS
EFECTO DE LA TEMPERATURA

16. CIENCIA DE MATERIALES II 16
TERMOPLÁSTICOS
EFECTO DE LA TEMPERATURA

17. CIENCIA DE MATERIALES II 17
Curva tensión deformación para el termaplástico 6,6 Nylon
TERMOPLÁSTICOS
PROPIEDADES MECÁNICAS

18. CIENCIA DE MATERIALES II 18
Los encuellamientos pueden ser estables en polímeros amorfos porque la alineación
local fortalece la región de cuello
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
license.
TERMOPLÁSTICOS
PROPIEDADES MECÁNICAS

19. CIENCIA DE MATERIALES II 19
ELASTÓMEROS
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein
under license.
(a)Cuando el elastómero no contiene enlaces cruzados, la aplicación de una fuerza provoca
tanto deformación elástica como plástica; Después de retirar la carga, el elastómero se deforma
permanentemente. (b) Cuando se produce la reticulación, el elastómero todavía puede
experimentar una deformación elástica grande; Sin embargo, cuando se retira la carga, el
elastómero vuelve a su forma original.

20. CIENCIA DE MATERIALES II 20
La reticulación de las cadenas de poliisopreno puede producir la introducción de hebras de
átomos de azufre. Los sitios para la unión de las hebras de azufre se producen por transposición o
pérdida de un átomo de hidrógeno y la rotura de un enlace no saturado.
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used
herein under license.
ELASTÓMEROS

21. CIENCIA DE MATERIALES II 21
©2003
Brooks/Cole,
a
division
of
Thomson
Learning,
Inc.
Thomson
Learning
™
is
a
trademark
used
herein
under
license.
La estructura del copolımero de
estireno-butadieno (SB) es un
elastómero termoplástico. La
naturaleza vítrea de los
dominios estireno proporciona
un comportamiento elástico sin
reticulación del butadieno
ELASTÓMEROS

22. CIENCIA DE MATERIALES II 22
ELASTÓMEROS

23. CIENCIA DE MATERIALES II 23
ELASTÓMEROS

24. CIENCIA DE MATERIALES II 24
Estructura de un fenólico. En (a) dos anillos de fenol se unen mediante una reacción de
condensación a través de una molécula de formaldehído. Finalmente, se forma una cadena
lineal. En (b), el exceso de formaldehído sirve como agente reticulante, produciendo una red,
polímero termoendurecible.
TERMOESTABLES

25. CIENCIA DE MATERIALES II 25
TERMOESTABLES

26. CIENCIA DE MATERIALES II 26
TERMOESTABLES

27. CIENCIA DE MATERIALES II 27
ADITIVOS
 CARGAS
 COLORANTES
 ESTABILIZANTES
 AGENTES ANTIESTATICOS
 LUBRICANTES
 PLASTIFICANTES
 ESPUMANTES
 RELLENOS
 REFUERZOS

28. CIENCIA DE MATERIALES II 28
COMPOSITES
Some examples of composite materials: (a) plywood is a laminar composite of layers of wood veneer, (b)
fiberglass is a fiber-reinforced composite containing stiff, strong glass fibers in a softer polymer matrix (
175), and (c) concrete is a particulate composite containing coarse sand or gravel in a cement matrix
(reduced 50%).
Combinan las propiedades de los componentes.
 COMPOSITES DE MATRIZ POLIMERICA: Los compuestos avanzados normalmente son
compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras poliméricas, metálicas o cerámicas
de alta resistencia.
 COMPOSITES DE MATRIZ METÁLICA: Estos materiales, reforzados por fibras metálicas o
cerámicas, proporcionan resistencia a altas temperaturas.
 COMPOSITES DE MATRIZ CERÁMICA: En los últimos tiempos estas matrices con refuerzos
cerámicos encuentran aplicabilidad.

29. CIENCIA DE MATERIALES II 29
COMPOSITES
 Se deben considerar muchos factores al diseñar un compuesto reforzado con
fibra, incluyendo: la longitud, el diámetro, la orientación, la cantidad y las
propiedades de las fibras; Las propiedades de la matriz; Y la unión entre las fibras
y la matriz.
 Relación de aspecto: La longitud de una fibra dividida por su diámetro.
 Delaminación: Separación de capas individuales de un compuesto reforzado
con fibra.
 Regla de las mezclas: (DENSIDAD)
Donde:
“c” : compuesto
“m”: matriz
“f”: fibra

30. CIENCIA DE MATERIALES II 30
COMPOSITES

31. 31
COMPOSITES
31
CIENCIA DE MATERIALES II

32. CIENCIA DE MATERIALES II 32
COMPOSITES

33. CIENCIA DE MATERIALES II 33
COMPOSITES

34. CIENCIA DE MATERIALES II 34
ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS

35. CIENCIA DE MATERIALES II 35
ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
En todos los casos el módulo de elasticidad del material compuesto (Ec) aumenta a
medida que aumenta la fracción volumétrica de fibras (Vf), sea con fibras alineadas o
sea orientadas al azar.
Para prever el comportamiento mecánico se deben asumir una serie de hipótesis.
La predicción de las propiedades mecánicas se complica a medida que los sistemas
son más complejos.
Para acercarnos al comportamiento real se requieren herramientas de cálculo de
complejidad creciente

36. CIENCIA DE MATERIALES II 36
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
 W.D. Callister, Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Cap 10:
Transformaciones de fase en los metales. Ed. Reverté.
 Shackelford, Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros.
Tema 6: Ciencia-Tratamiento térmico. Ed. Prentice Hall.
 Smith W.F., Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Tema 9: Aleaciones en Ingeniería. Ed. McGraww Hill.
 D. Askeland, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Cap 11:
Modificaciones de las propiedades por transformaciones de fase y
tratamientos térmicos; Cap 12: Aleaciones férreas. Ed. Paraninfo.