Polímeros compuestos - Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESMATRICES• Metálicas : aluminio, magnesio, cobre, níquel y aleaciones. Aplicaciones aeroespaciales yautomotrices. Permite que el compuesto funcione a altas temperaturas pero la producciónde una pieza de este tipo es costosa.• Cerámicas: incluyen sólidos inorgánicos no metálicos (silicatos, alúmina, carburo desilicio). Buenas propiedades a temperaturas muy elevadas, ligeros y frágiles.• Poliméricas: termoestables, termoplásticos y elastómeros. Buenas propiedadesmecánicas, resistentes a la corrosión y a los agentes químicos. Pueden ser moldeados conamplia variedad de formas.Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFibrasPartículasEstructuralescontinuo y alineadoDiferentes tamañosdistribuidos al azardiscontinuo y alineadolaminardiscontinuo y distribuido al azartipo sandwichtipo sandwichSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFASE CONTINUAP c = ∑ f i p iFASE DISCONTINUAINTERFASEPOSIBILIDAD DE DISEÑAR Y FABRICAR UN MATERIAL SEGÚNESPECIFICACIONES CONCRETASSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALES LGfibramatriz SLaire SGW a = SG + LG ‐ SL•Si = 180º la gota es esférica con un únicopunto de contacto entre el líquido y el sólido. Eneste caso NO se produce la impregnación.•Si =0º se produce una impregnaciónperfecta.•En general, se considera que el líquido noimpregna al sólido si el ángulo de contacto esmayor de 90º.Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESa) Unión mecánica. La existencia de rugosidades entre ambas superficies favorecen launión, en el sentido de que a mayor rugosidad más efectiva es la unión en la interfase.b) Unión electrostática. Este tipo de unión se da cuando una de las superficies tienecarga positiva y la otra negativa.c) Unión química. Cuando la superficie de la fase discontinua tiene grupos químicoscompatibles con grupos químicos de la fase continua.d) Unión mediante difusión. Ambas fases tienen cadenas poliméricas que se difundenentre ellas.Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPP+ sepiolita tratada con aldehido enánticoPP+ sepiolita tratada con aldehido decílicoSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALES¿Qué es un polímero?La palabra polímero procede del griego: poly (muchos) y meros (parte)Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñasdenominadas monómeros (grupos funcionales) que forman enormes cadenas de lasformas más diversasLa mayor parte de los polímeros están formados por estructuras de carbón y por tanto seconsideran compuestos orgánicosAunque existen polímeros naturales (algodón, celulosa, seda, lana) de gran valorcomercial, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria, sonmateriales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadasSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESsegún su composición:n homopolímerocopolímero al azarcopolímero en bloquecopolímero de injertoSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

según su estructura:POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESlineal ramificado entrecruzadosegún su comportamiento frente a la temperatura:Termoplásticos: después de ablandarse o fundirse, recuperan sus cualidades originales alenfriarse. En general son polímeros lineales, con bajas T m y solubles en disolventesorgánicos. Se pueden moldear repetidamente.Termoestables: sufren una serie de reacciones químicas, llamadas de curado o reticulación,dando lugar a un producto rígido, insoluble e infusible. Se descomponen a altastemperaturas. No se pueden volver a moldear.Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPOLÍMEROSTERMOESTABLESResinas epoxiepliclorhidrinabisfenol AepliclorhidrinaOCH 2 CH CH 2 OCH 3COCH 2CHOCH 2CH 3H 2 N –CH 2 ‐ (CH 2 ) n –CH 2 –NH 2OCH 2 CH CH 2 OCH 3COCH 2CHOCH 2CH 3Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPoliésteres insaturadosR' ‐ n (HC = CH – COO) n –R'CH=CH 2estirenoR' ‐ n (HC = CH – COO) n –R'PolicarbonatoH 2 C = CH –CH 2 OH alcohol alílicoHO –CH 2 –CH 2 –OH etilen glicolCH 2 = CH –CH 2 –O –CO –O‐ CH 2 –CH 2 –O –CO –CH 2 –CH = CH 2monómeroSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESTERMOPLÁSTICOSPolipropileno‐ CH 2 –CH –CH 3• es el termoplástico más utilizado como matriz• baja densidad• reciclabilidad• buenas propiedades mecánicas y térmicasPolietilen tereftalato• gran transparencia• buena resistencia al fuego• buenas características eléctricas• resistencia a la fluenciaSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPolicarbonato• gran transparencia• estabilidad dimensional y resistencia al fuego• poca resistencia a los disolventesTermoplásticos de altas prestaciones• estructura altamente aromática• alta resistencia mecánica y térmica• se emplea en la industria aeroespacial• coste elevado• dificultad de procesadopolisulfuro de fenilenoSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPARTÍCULAS: L/D ≈ 1FASE DISPERSANegro de carbono• es un material producido por la combustión incompleta de los productos derivadosdel petróleo• es una forma de carbono amorfo con una relación superficie‐volumenextremadamente altas• se usa a menudo como pigmento y como refuerzo en productos de goma y plásticoArcillas• sepiolita silicato de magnesio hidratadoMg 4 Si 6 O 15 (OH) 2 ∙6H 2 O• atapulgita hidroxisilicato de magnesio y aluminio(MgAl) 2 Si 4 O 10 (OH)∙4(H 2 O)• caolín disilicato alumínico dihidratadoAl 2 Si 2 O 5 (OH) 4 H 2 O• montmorillonita hidroxisilicato de magnesio y aluminio :(Na,Ca) 0,3 (Al,Mg) 2 Si 4 O 10 (OH) 2 ∙nH 2 OSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFIBRAS: L/D >100Fibra de vidrio• se obtienen al hacer pasar vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos .Al solidificarse tienen suficiente flexibilidad paras esr usados como fibras• reducido precio y gran versatilidad, flexibles, buen aislamiento térmico, inerte a losácidos, estable a altas temperatura• se pueden clasificar según el tipo de vidrio (A, D, E) y según la disposición espacial:Hilo continuo fibra cortamat tejido hilosSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFibras de carbono• ligeras, de gran resistencia y elevado modulo de elasticidad aplicaciones aeroespaciales• elevado precio limita su uso en algunas industrias (como la automotriz)• baja densidad en comparación con el acero• provienen principalmente de dos fuentes, poliacrilonitrilo (PAN) y alquitrán• gran capacidad de aislamiento térmicofibras cortastejidoSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFibras de aramida• se obtienen a partir de una poliamida aromática• la más utilizada es la Kevlar, sintetizada por Stephanie Kwolek en 1965 para Du Pont.• muy rígidas• baja densidad• excelente resistencia al impacto, al calor y a los disolvente• resistente a la corrosiónSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFASE CONTINUA:Polietileno de alta densidad (HDPE)Poliamida 12Poliamida 6,6Y nosostros ……… ¿qué hacemos?Investigación de la conductividad eléctrica en materialescompuestos poliméricos con nanofibras de carbonoóptimamente dispersadasFASE DISCONTINUA:Nanofibras de carbono obtenidas por latécnica del catalizador flotante losprecursores del catalizador se introducende forma continua por la parte superiordel reactor. El catalizador se forma a olargo del descenso por el reactor yreacciona con los hidrocarburos presentes(benceno, n‐hexano, metano, acetileno)descomponiéndolos para dar lugar alcrecimiento de las nanofibrasSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESmala distribución, mala dispersiónbuena distribución, mala dispersiónbuena distribución, buena dispersiónmala distribución, buena dispersiónSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

log 10( (S/cm))-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPA66/GANFin situ Salamanca(sinterizado en prensa IR)PA66PA66+NF 0,5%PA66+NF 1%PA66+NF 2%PA66+NF 3,5%PA66+NF 5%PA66+NF 7,5%log 10[ dcS/cm)]-1-4-7-10-13CNF (wt.-%)PA66 125 mPA66 400 m-160 3 6 9 12 15-14-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7log 10(F/Hz)AB-4-5Log 10[ dc/S cm -1 ]-6-7-8-9-10-11-12-13disolventesreómetroin situ-14-150 3 6 9 12concentración de GANF (% en peso)Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFASE CONTINUA:Polifluoruro de vinilideno (PVDF)FASE DISCONTINUA:El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta porátomos de carbono densamente empaquetados en una red cristalina en forma de panalde abeja mediante enlaces covalentes que se formarían a partir de la superposición delos híbridos sp² de los carbonos enlazados. Es el componente estructural básico de todoslos demás elementos grafíticos incluyendo el grafito, los nanotubos de carbono y losfullerenosSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESFASE DISCONTINUA:Nanotubos de carbono (SWCNT, MWCNT) → forma alotrópica del carbono, como eldiamante, el grafito o los fullerenos. Pueden presentarse en forma de monocapa endonde una lámina de átomos de carbono se une por dos de sus lados opuestos formandoun tubo, o en forma de multicapa en donde dos o más láminas se unen por dos de susrespectivos extremos y una dentro de la otra.Soft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESPVDF:-2SWCNTEG-5CNFlog 10[ dc/(S/cm)]-7-10-12-150 2 4 6 8 10% en peso de fase dispersa Calorimetría diferencial de barrido (DSC) Espectroscopía dieléctrica de banda ancha (BDS) Dispersión de rayos X a ángulos bajos (SAXS) Dispersión de rayos X a ángulos altos (WAXS) Estudio de propiedades mecánicas: microdureza, ensayos en tracción, flexión, etcSoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia

POLÍMEROS COMPUESTOS:UNA ESTRATEGIA EN EL DESARROLLO DE NUEVOS MATERIALESAmelia Linares Dos SantosDepartamento de Física MacromolecularDINÁMICA Y ESTRUCTURA DE MATERIA CONDENSADA BLANDA Y POLIMÉRICASoft and Polymeric Matter Group (http://www.iem.cfmac.csic.es/fmacro/softmatpol/)Instituto de Estructura de la Materia