12) MATERIALES SINTÉTICOS II

Muy buenas!
Traigo aquí la segunda parte de la entrada sobre los materiales sintéticos, en la cual entramos de forma quizás mas técnica en el mundo de los plásticos, viendo los tipos de plásticos de los automóviles, y sus distintos tipos de identificación y reparación, comencemos:


1) Macromoléculas, monómeros y polímeros
Gracias a mi entrada anterior 11) MATERIALES SINTÉTICOS ya sabemos que para obtener materiales plásticos debemos sintetizar la materia, para hacer un breve resumen de ello diré que para sintetizar el material tenemos que separar sus componentes a nivel molecular, llegando hasta el nivel atómico, es decir a el nivel de elementos simples (lo que vienen siendo átomos).
Después de esto debemos de sintetizarle, que no es otra cosa que reconstruirle agregándole componentes hasta conseguir un nuevo material, este material estará creado con moléculas distintas al anterior, por eso tendrá distintas características.


Monómero:
Un monómero es una molécula que tiene muy poco masa (como su nombre indica: mono=uno y mero=parte), los monómeros normalmente suelen estar unidos a otros mediante a enlaces químicos (que suelen ser la mayoría de veces enlaces covalentes, es decir enlaces entre un no metal y un no metal compartiendo electrones).

Monomero

Entonces, ¿Qué pasa cuando un monómero forma enlaces? lo que sucede es que se forma una macromolécula, que no es otra cosa que una cadena de monómeros enlazados entre si.


Macromoléculas:
Las macromoléculas son un conjunto de monómeros unidos entre si por enlaces covalentes, lo que hace que una macromolécula tenga ya una masa elevada (ya que tiene un gran numero de átomos). La unión de varias macromoléculas forman los polímeros.

Las macromoléculas se denominan así cuando la unión de los monómeros supera un peso de 10000 dalton. Las cuales pueden ser orgánicas, o inorgánicas, centrándonos en las orgánicas podemos encontrar los plásticos (que es el material en torno al cual gira esta entrada)


Polímero:
Como ya sabemos, los polímeros son la unión, al igual que las macromoléculas de miles de monómeros, por lo tanto podemos decir que todos los polímeros son macromoléculas (pero ojo, no todas las macromoléculas son polímeros).

Generalmente los polímeros son orgánicos, por ello el almidón, la celulosa, la seda o el ADN, son ejemplos de polímeros naturales, pero también hay alguno sintético, como puede ser el nylon, el polietileno y la baquelita.

Polimeros

Para unir los monómeros entre si y formar polímeros o macromoléculas, debemos de someterlos a procesos industriales, que como ya dije, se clasifican en:
  1) Polimerización
  2) Policondensación
  3) Poliadicción

1) Polimerización

El proceso de polimerización de los monómeros para formar polímeros, se basa en la unión de varias moléculas individuales y homogéneas de un compuesto (monómeros), y con la unión de estas moléculas formamos una cadena con múltiples monómeros enlazados entre si.

Normalmente para polimerizar un material, es necesario algo que acelere la reacción, como es un catalizador ("Sustancia que acelera o retarda una reacción química sin participar en ella."), hay principalmente dos tipos de catalizadores, los positivos, que aceleran las reacciones, y los negativos, los cuales deceleran y paran las reacciones; pero los catalizadores no se pueden añadir en el proceso de cualquier forma, sino que tiene un tiempo de agregación en el proceso, el cual dividiremos en tres partes:

-La primera, que es en la que se añade el catalizador  positivo, es donde se empiezan a producir moléculas en cantidades necesarias para que comience la reacción.

-La segunda parte de este proceso, es el inicio de la cadena, en la que se van uniendo a ella los monómeros y se empieza ya a formar el polímero.

-Y la ultima, pero no la menos importante, es la fase en la que la polimerización va perdiendo fuerza, por lo que es mas difícil que los monómeros se unan a la cadena polimérica, por lo que poco a poco se estabiliza, en esta se introduce el catalizador negativo.

Mediante este proceso se consigue el PVC (cloruro de polivinilo), el PE (polietileno) y el etileno (que por cierto es el mas simple de polarizar)

2) Policondensación
Por este método se obtiene los poliésteres y las resinas fenólicas. En este proceso, dos moléculas diferentes reaccionan entre si, dando lugar a uniones entre ellas mediante las que se forman macromoléculas y a la vez obteniéndose unos subproductos no polimerizables, como por ejemplo, agua.
Según los monómeros empleados, se obtiene materiales (plásticos) termoestables, o termoplásticos.

En las reacciones de condensación no se obtienen moléculas tan grandes como en la polimerización, ni a tan alta velocidad (porque antes lo aceleraba el catalizador y ahora no hay), puesto que el agua que se va formando retrasa la reacción.


3) Poliadiccion
A través de este método se pueden obtener productos con mejores propiedades físicas y mecánicas cuando se polimerizan simultáneamente dos o mas monómeros.
Por ejemplo, si polimerizamos conjuntamente butadieno y estireno, obtendremos una variedad de caucho sintético.
Estas reacciones se desarrollan liberando también grandes cantidades de calor. Por este procedimiento se obtiene poliuretanos y resinas epoxicas.

2) ¿Qué es un plástico? (vs un polímero)
En un principio se llamaba plástico al material que tenia muy poca movilidad y que tenia mucha facilidad para adquirir forma (lo que ahora se le llama plasticidad)

Plastico

Pero nosotros actualmente entendemos por plástico a aquellos materiales que, están compuestos por resinas, proteínas y otras sustancias, son fáciles de moldear y pueden modificar su forma de manera permanente a partir de una cierta compresión y temperatura (por lo que un elemento plástico, tiene características diferentes a un objeto elástico, cosa que veremos a continuación).


Por lo general, los plásticos son polímeros (es decir sustancias creadas a partir de procesos químicos añadiéndoles monómeros) que se moldean a partir de la presión y el calor. Una vez que alcanzan el estado que caracteriza a los materiales que solemos denominar como plásticos, resultan bastante resistentes a la degradación y, a la vez, son ligeros (pesan poco en relación a si volumen, es decir, son poco densos), y gracias a eso los plásticos pueden emplearse para fabricar una amplia gama de productos.

Los plástico carecen de un punto fijo de evaporación y poseen, durante un cierto intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, los plásticos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

3) Plásticos y elástómeros

Un elastómero es un polímetro que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos productos adhesivos.

A modo más específico, un elastómero, es un compuesto químico formado por miles de moléculas denominadas monómeros, los que se unen formando enormes cadenas. Es gracias a estas grandes cadenas que los polímeros son elásticos ya que son flexibles y se encuentran entrelazadas de manera muy desordenada.

Las juntas tóricas son elastomeros

Cuando un elastómero es estirado, sus moléculas se alinean, permitiendo que muchas veces tomen un aspecto cristalino. Sin embargo, una vez que se suelta, rápidamente, vuelve a su estado original de elástico desorden, esto es lo que distingue a los elastómeros de los plásticos, porque los plásticos una vez que se estiran cogen un aspecto cristalino, y después no vuelven a su estado natural (han llegado a su limite elástico)

Para modificar algunas de las características de los elastómeros, es posible añadir otros elementos como el cloro, obteniendo así el neopreno tan utilizado en los trajes húmedos para bucear.


Para poder darle un uso más práctico a los elastómeros, estos deben ser sometidos a diversos tratamientos. A través de la aplicación de átomos de azufre, este polímero se hace más resistente gracias a un proceso denominado vulcanización. Si además se le agrega otro tipo de sustancias químicas es posible lograr un producto final bastante resistente a las amenazas corrosivas presentes en el medio ambiente

4) Termoplásticos y termoestables

Como ya sabemos los plásticos, se pueden dividir en tres grandes grupos, los termoplasticos, los termoestables y los elastomeros, a continuación hablaremos un poco sobre estos dos primeros grupos.

Termoplástico:
Los productos termoplásticos están formados por macromoléculas lineales, es decir no están entrelazadas unas con otras. En general son duros en frío y al calentarlos se reblandecen y fluyen.
Sus propiedades mecánicas dependen en gran medida del grado de polimerización que y del proceso mecánico de su preparación (trefilado, extrusión, etc) en el que pueden alinearse y orientarse moléculas para conseguir asociaciones regulares y orientadas en un determinada sentido de la fibra.
El proceso de calentamiento para darles las forma y su posterior enfriamiento para que endurezcan con la forma deseada, puede repetirse prácticamente de forma ilimitada.
Son termoplásticos: el polietileno (PE), el PVC (cloruro de polivinilo), el poliesterol (PS), polipropileno (PP), etc

Defensa delantera de plástico termoplastico

Termoestable:
Estos a diferencia de los termoplásticos, no sufren ninguna variación en su estructura al calentarlos, por eso no se reblandecen o se hacen "líquidos" (es decir, fluyen), siempre que no se llegue a una temperatura de descomposición (esto quiere decir que o pasan de estar completamente sólidos, o al aplicarles calor se descomponen, no como los termoplásticos, los cuales al someterlos a altas temperaturas, primero se reblandecen y después si se sigue aumentando el calor, se descomponen).

Entre ellos se encuentran las resinas fenólicas, resinas alquílicas, resinas de poliéster no saturadas, resinas epoxícas, etc

La tapa motor suele ser termoestable

Los polímeros termo-estables son polimeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces equivalentes La estructura así formada es un conglomerado de cadenas entrelazadas dando la apariencia y funcionando como una macromolécula, que al elevarse la temperatura de ésta, simplemente las cadenas se compactan más, haciendo al polímero más resistente hasta el punto en que se degrada.

Las 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.


5) Métodos de identificación de elementos plásticos en el automóvil

En la reparación de los materiales termoplasticos, es imprescindible saber bien que tipo de plástico es, y por tipo de plástico me refiero a el material base mas los aditivos que le puedan añadir, ya que si no sabemos esto es difícil soldarla y que queden correctamente unidos, por que para soldar un plástico es necesario que la aportación que se le añada sea exactamente del mismo material, porque si no lo es quedaran soldaduras muy débiles, o incuso ni llegaran a agarrar.

Ademas debemos de saber que tipo de material es para así saber la temperatura necesaria para soldarlo.

La principal forma de identificación de un plástico (por lo meno la primera que yo intentaría llevar a cabo), seria a través del código de plásticos, me explico, la industria del automóvil ha introducido un código todas las piezas de plástico.

La marca que identifica el tipo de material utilizado se encuentra en todas las piezas con un peso superior a 50 gramos. Los símbolos pueden colocarse en secuencia horizontal o vertical y cada uno suele estar entre los símbolos ><. Esta simbología viene regulada por la norma ISO 1043 y su equivalente española UNE 53227/92 que permite un reconocimiento del material.

En estas tablas podemos ver la simbología que se usa para nombrar los distintos plásticos que se utilizan en el automóvil, así como sus aditivos o copolimeros.



Cuadro de polímeros

Cuadro con los aditivos (copolimeros)

Existen además, la suma de las polímeros con los aditivos, para mejorar así sus características, y ser

mas resistentes, dependiendo de el uso del plástico estas "aleaciones" mejoraran unas características u otras 



Tabla de los plásticos con sus aditivos

Las primeras letras, siempre mayúsculas, indican el tipo de polímero base. Las restantes indican el tipo de material de refuerzo, así como la presentación del mismo, las características especiales del plástico y el porcentaje del material de refuerzo.

Ejemplo de la identificación de un plástico de Renault:

Imagen de ejemplo con código de plástico

Algunas veces, los materiales traen algún refuerzo, estos refuerzos se indican también con una letra el tipo de carga o refuerzo y con una segunda, su forma o presentación. En ocasiones, es posible que aparezca a continuación de esta letra un número que indica el porcentaje de la carga de refuerzo.

Tabla con los diferentes refuerzos

Ejemplo de un código de plástico:

                                                 >PP-30 G H 30<

PP: El polímero base (PP-Polipropileno).
30: Número de carbonos.
G: Carga de refuerzo (G-Vidrio).
H: Forma de la carga de refuerzo (H-Fibra cortada).
30: Porcentaje de carga (30%).

                                                 >PEHD – T10<
PEHD: El polímero base (PE-Polietileno de alta densidad).
T: Tipo de la carga de refuerzo (Talco).
10: Porcentaje de la carga de refuerzo (10%).

En los plásticos termoendurecibles o termoplásticos es posible encontrar otras siglas que indican la forma de transformación del plástico y que no se deben confundir con la identificación de dicho plástico. Las siglas más habituales son:

-BMC: compuesto moldeable a granel.

-SMC: compuesto moldeable en láminas.

6) Otros métodos de identificación

Cuando no es posible la identificación de un plástico mediante su código, ya sea porque este borrado, deteriorado, o porque sea inaccesible, debemos de identificarlos mediante otros métodos, como pueden ser los que expongo a continuación:

Rotura/Flexión
Podemos identificar un plástico con el simple hecho de doblarle, o romperle, dependiendo de como se comporte a estas solicitaciones, podemos distinguir un tipo de plástico a otro, siempre y cuando sepamos como se comportan cada uno de ellos, se pueden dar estos casos:

Rotura:
Si la cuando rompemos un trozo de plástico, miramos en la brecha que se produce, podemos ver como es el plástico, en el caso de que sea duro y fibroso, es un plástico termoestable, si por el contrario, es blando y liso, es porque es un termoplástico

Corte:
Si cortamos un fina tira del plástico con un cúter también podemos identificarles, si la tira después de cortarla se riza, es porque es de un termoplástico. y si la tira permanece recta, es porque es termoestable

Pirolisis
Podemos hacerlo de dos formas, la primera para identificar si se trata de un termoplástico o un termoestable, y la segunda para saber dentro de los grupos, que tipo de plástico es (PP,PE,ABS...)

Identificación termoestable/termoplástico:
Para hacer una identificación entre ambos debemos aplicarle calor al plástico (mejor a una muestra), si este se reblandece, es un termoplástico, si por el contrario, no se reblandece, sino que al aplicarle calor, se empieza a descomponer, es porque es un termoestable.

Identificación de distintos tipos de plástico:

Con la identificación por pirolisis podemos diferenciar los distintos tipos de plástico, para ello solo debemos de coger una muestra del plástico con un cúter, y debemos de basarnos en su combustión para saber que material es, en el momento de la combustión debemos distinguir el olor, el color de la llama, el humo, si arde bien o no...).

Combustión de plástico

Dentro  del análisis podemos distinguir 4 fases, que son:

1-Debemos de extraer la muestra por una parte no vista de la pieza

2-Hay que limpiar la muestra para quitarle la suciedad y la pintura

3-Prendemos el extremo del trozo

4- Observamos las características de la combustión y la comparamos con una tabla.

Para saber los distintos tipos de combustión y los plásticos de los que proceden, debemos de utilizar una tabla en la que viene todos los plásticos y sus combustiones, así, dependiendo de como sea, lo podemos relacionar fácil mente con el plástico y así identificarle

Sensibilidad a distintos disolventes orgánicos

Dependiendo de la sensibilidad a distintos tipos de disolventes, también podemos identificar los plásticos, ya que algunos se disuelven en ciertas sustancias, y otros no, por ejemplo, el ABS es sensible a la acetona, disolviéndose en ella, así por ejemplo es posible soldar con acetona piezas de ABS, ya que al aplicarle gotas de acetona sobre la pieza, esta se deshace y se convierte en pastosa, haciendo así que después al secarse se solidifique y quede unida (luego se explica de forma mas detallada)

Tabla de sensibilidad de la acetona

Podemos identificar además mediante otro método, como puede ser la disolución en gasolina, ya que por ejemplo, el policarbonato es sensible a esta


7) Reparación de elementos termoplásticos

Grapado
Esta técnica consiste en unir dos piezas de plástico mediante unas grapas, las cuales se insertan en el plástico a base de calor.
Para ello se funden estas grapas metálicas en la zona en la que se va a unir el plástico y estas se calientan gracias a una resistencia térmica.

Colocación de grapas en una pieza de plastico

El funcinamiento es simple, se inserta una grapa metalica en la termograpadora, la cual calienta la grapa por la resistencia que esta opone al paso de la corriente, y se poda encima de la grieta de forma perpendicular, de ese modo y mediante una suve presión (la grapa a de quedar en el centro del espesor del plástico), la grapa funde el plástico y se introduce en la zona dañada del plástico, haciendo asi que al enfriarse la zona quede reforzada.

Dependiendo del tamaño de la grieta, se deben de colocar mas o menos grapas, y de unos tamaños u otros.

Imagen en detalle de la grapa en la pistola

Para acabar cortamos con un alicate las puntas sobrantes de las grapas para conseguir un buen acabado y nos hacernos daño en caso de posteriores reparaciones.

Soldadura

Reparar los plásticos por soldadura consiste en aplicarle calor hasta que los elementos que se van soldar, se encuentren en estado pastoso, momento en el que el material de cada elemento se entrelaza para formar la unión .

Para unirlo bien y quede con la suficiente fuerza la soldadura, se debe añadir material de aportación, el cual de debe ser de la misma naturaleza que los que se van a unir, o sino lo es, por lo menos que sea compatible

El método de soldadura es muy parecido al que se utiliza para soldar metal, debemos tener una fuente que suministre calor, un material de aportación, y incluso la unión se prepara de forma parecida al del metal, pero también al tres diferencias que lo hacen distinto, como son:

1) Los plásticos tienen un rango más amplio de temperatura de fusión, es decir, hay mucha diferencia de temperatura desde el punto en el que comienzan a ablandarse hasta el punto en el que se ponen a arder.
2) Como los plásticos son malos conductores del calor, cuesta que toda la pieza se caliente por igual.
3) El material de aportación no se derrite por completo (porque no conduce bien el calor).

Para soldar un plástico tenemos que tener una pistola de aire caliento, una varilla de aportación (o en su caso un trozo de aportación quitado a la pieza a reparar) y herramientas varias (rotalin, lijas, disolvente...

El primer paso a seguir es identificar el plástico, una vez que sepamos de cual se trata, ya podemos coger su varilla de aportación correspondiente y su punto de fusión adecuado para calibrar la pistola de calor.

Después debemos de limpiar la zona a soldar, para ello utilizaremos primeros agua y jabón, y después un disolvente especial para plásticos (no debemos utilizar disolventes normales ya que podrían atacar químicamente al plástico), a continuación debemos de hacer un agujero en un extremo de la grieta par liberar las tensiones que se ocasionan en ellas (de aproximadamente 3 mm)

A continuación con un rotalín, debemos de realizar a lo largo de la pieza a una acanaladura a 90º, comiendo 45º a cada lado de la brecha y a continuación volver a limpiar con disolvente para plásticos.

Toca ahora prepararse para soldar, en este paso inmovilizamos la pieza y con un soplete la damos calor de forma casi instantánea, en 2 segundos, con ello la brecha se nos abrirá un poco, seguidamente, encendemos el soplete de aire caliente y le colocamos a la temperatura adecuada según el tipo de plástico.

A continuación, debemos de soldarlo, posando la varilla de aportación verticalmente y moviendo de forma pendular la pistola de calor para ir fundiendo a la vez la varilla de aportación con la pieza a solar, y así avanzamos hasta terminar de unir toda la pieza (el trozo de varilla que sobre debemos de cortarle).

Soldando el plástico con aportación de varilla

 

También podemos repara algunos tipos de plástico (como el ABS) mediante el uso de acetona, ya que este es sensible a ella, para lo cual debemos de aplicar gotas de acetona a los bordes de las piezas por donde se van a unir, estos se volverán a estado pastoso por sus superficie, lo cual hará que al juntarles estas se adhieran la una a la otra, y después dejándolo secar esta pasta se solidificara y quedaran unidos de forma permanente.

Adhesivos y rellenos

En la reparación de los elementos plásticos de la carrocería se utilizan generalmente adhesivos de poliuretanos, o resinas epoxi.

Epoxi bicomponente para unir plasticos

Estos adhesivos, en combinación con imprimaciones especificas para plásticos, permiten ser utilizados para la reparación de todos los tipos de plásticos, tanto termoplásticos, como termoestables.

También hay que usar herramientas varias, al igual que con la soldadura, como son útiles para fijar la pieza, lijas, disolventes...


Para reparar con adhesivos debemos de limpiar la parte a reparar con agua y jabón y después aplicarle disolvente para plásticos para limpiar mas en profundidad y después hacerle un taladro en el extremo de la brecha para aliviar tensiones, y volver a limpiar después (al igual que en la soldadura).

Debemos ahora lijar la zona a reparar y sus alrededores ya que necesitamos que el adhesivo agarre bien y a continuación, con un rotalín, debemos biselar la rotura a 90º (lo mismo que las soldadura), solo que ahora tenemos que quitar las rebabas que quedan con una cuchilla en los cantos y lijarlos , para dejar la superficie bien y que el adhesivo agarre con firmeza.

Ahora volvemos a limpiar con disolvente para plásticos la zona y le añadimos la imprimación, dejándola secar el tiempo indicado por el fabricante del producto, después debemos de recortar un trozo de maya de fibra (se usa para dar firmeza al adhesivo, al igual el hormigón armado), bastante mayor que la brecha a reparar, para tener superficie de sobra donde agarrar

Maya de fibra

 Por ultimo, sobre esa maya echar el adhesivo de forma que la tape por completo, se puede extender con la propia boquilla o utilizando una pequeña espátula para ello.

Aplicando el adhesivo

Hay que tener en cuenta que no se formen burbujas de aire, porque debilitarían la unión.
Después al igual que con la soldadura, solo debemos de darle el acabado final con una lija y ya queda preparado para su utilización.


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Hasta aquí la entrada sobre los materiales sintéticos, los cuales ocupan gran parte de los materiales de fabricación de los vehiculos actuales, debido a su bajo peso y su moldeabilidad.

A medida que los plásticos evolucionen, también lo harán los vehiculos, ya que a medida que evoluciono el acero, también evolucionaran los coches, como vimos en la entrada de solicitaciones mecánicas, cada vez los chasis de los coches eran mas seguro por la implementación de nuevos acero, lo mismo ocurrirá con los coches, cuanto más evolucione el plástico, mayores avances se conseguirán en los coches, pudiendo hacer dentro de poco coches íntegramente de este material sin que varié la seguridad respecto a al acero, pero si variara su peso, que sera mucho menor
Un saludo! ☺️