Termoplásticos orientados
Termoplàsticos
Termoplásticos orientados
Si un termoplástico se deforma a una temperatura lo suficientemente alta como para que las cadenas de polímero puedan deslizarse una sobre la otra pero lo suficientemente baja como para que el tiempo de relajación sea mucho más largo que el tiempo que se tarda en estirar el material, la orientación generada durante el estiramiento se retiene dentro del componente de polímero. Observamos que la cantidad de estiramiento, L/L0, no siempre es proporcional al grado de orientación dentro del componente; por ejemplo, si la temperatura es demasiado alta durante el estiramiento, las moléculas pueden tener la posibilidad de relajarse por completo, dando como resultado un componente con poca o ninguna orientación. Cualquier grado de orientación da como resultado variaciones de propiedades dentro de los polímeros termoplásticos. El estiramiento conducirá a una disminución de las propiedades de resistencia y rigidez perpendiculares a la orientación y a un aumento de las propiedades paralelas a la dirección de deformación. Además, los materiales altamente orientados tienden a dividirse a lo largo de la dirección de orientación bajo cargas pequeñas. En termoplásticos amorfos, el estiramiento que conduce a cambios permanentes en las propiedades se produce aprox. 20 a 40°C por encima de la temperatura de transición vítrea, Tg, mientras que con los termoplásticos semicristalinos ocurren aprox. 10 a 20°C por debajo de la temperatura de fusión, Tm. Después de estirar un polímero semicristalino, debe recocerse a temperaturas lo suficientemente altas como para que se relajen las regiones amorfas. Durante el estiramiento, las esferulitas se rompen a medida que se deslizan bloques enteros de laminillas. Las laminillas enteras también pueden rotar de modo que, mediante un estiramiento suficientemente alto, todas las moléculas se orienten en la misma dirección. Los bloques de laminillas ahora están interconectados por lo que generalmente se llama moléculas de enlace. Si este material se templa en una posición fija, se puede generar una estructura orientada muy regular. Este material altamente orientado se vuelve dimensionalmente estable a temperaturas elevadas, incluidas temperaturas ligeramente por debajo de la temperatura de recocido o de fijación. Sin embargo, si el componente no se fija durante el proceso de recocido, se recuperaría la estructura antes del estiramiento. Si el material se estira de manera que se produzca una estructura morfológica fibrilar o similar a una aguja, la rigidez resultante del material es muy alta. Obviamente, una estructura más realista que resultaría del estiramiento conduciría a una estructura apilada en forma de placa con menor rigidez y resistencia máxima. Una estructura morfológica sin estirar estaría compuesta de esferulitas y exhibiría una rigidez y una resistencia final mucho más bajas. La resistencia de las estructuras fibrilares se aprovecha al fabricar fibras sintéticas. Las fibras sintéticas de alta rigidez y alta resistencia son cada vez más importantes para aplicaciones ligeras y de alta resistencia. Las fibras de polietileno de cadena extendida de peso molecular ultra alto solo han estado disponibles comercialmente desde mediados de la década de 1980. Las fibras se fabrican estirando o extendiendo fibras de pequeño diámetro a temperaturas por debajo del punto de fusión. El módulo y la resistencia de la fibra aumentan con la relación de estiramiento o estiramiento. Debido al entrelazamiento intermolecular, la relación de estiramiento natural del polietileno de alta densidad de alto peso molecular9 es solo 5. Para aumentar la relación de estiramiento en un factor de 10 o 100, el polietileno debe procesarse en un solvente como aceite de parafina o cera de parafina. Además de los termoplásticos amorfos y semicristalinos, existe toda una familia de materiales termoplásticos cuyas moléculas no se relajan y, por tanto, conservan su orientación incluso en estado fundido. Esta clase de termoplásticos son los polímeros cristalinos líquidos. Uno de esos materiales es la fibra de aramida, más conocida por su nombre comercial, Kevlar, que ha estado disponible en el mercado durante muchos años. Para demostrar la estructura de polímeros cristalinos líquidos,