UNIDAD IV.APLICACIONES DE LOS MATERIALES EQUIPO No. 1 Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Los polímeros comprenden materiales que van desde los familiares del plástico hasta el caucho CARACTERISTICAS Extraordinaria flexibilidad No resisten altas temperaturas Baja conductividad térmica y eléctrica Baja densidad Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Por ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, etc. Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc. Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el PVC La construcción es uno de los sectores que más utilizan todo tipo de plásticos. La mayoría de los edificios públicos, nuestras viviendas, nuestros lugares de trabajo, ya sean fábricas u oficinas, los edificios destinados al ocio y servicios, hospitales, etc., tienen a los plásticos como elemento común. Los polímeros que intervienen en la industria del diseño y construcción son, en su mayoría, sintéticos, y cuentan con propiedades y aplicaciones variadas. Son las propiedades de los plásticos explotadas de forma aislada o combinada, las que hacen que su empleo como materiales de construcción sea cada vez mayor: Duraderos y resistentes a la corrosión: por eso los plásticos son ideales en aplicaciones como los marcos de ventanas y cañerías. En algunos casos requieren aditivos especiales que les confieran propiedades de resistencia a la luz UV y poder así durar décadas sin requerir reparaciones o tareas de mantenimiento. Buenos aislantes: tanto del frío como del calor, lo cual permite ahorrar energía y disminuir riesgos de contaminación. También aíslan los ruidos, por lo que reducen la contaminación acústica y contribuyen a un ambiente más agradable. No requieren de mantenimiento. Son higiénicos y limpios: contribuyen a la fácil limpieza del hogar y con ello protegen la salud. De fácil procesado e instalación: lo que lleva a disminuir los accidentes en la manipulación de estos materiales en obra. Son respetuosos con el medio ambiente: pues ahorran recursos a través de una producción costo-efectiva y tienen una larga vida útil. Al finalizar su periodo de vida pueden ser reutilizados, reciclados o transformados en una fuente de energía. Son ligeros: tienen un bajo peso específico frente a otros materiales usados en la construcción. La posibilidad de utilizar menores espesores para iguales resistencias mecánicas o químicas reducen su tiempo de puesta en obra y minimizan la necesidad de equipos pesados como grúas. Existe una gran variedad de polímeros usados en la construcción pero los más utilizados son el PVC, PSE, PU, y PE (alta y baja densidad). Más del 50% de los plásticos utilizados en la construcción se reducen únicamente a PVC, de ahí la gran importancia de este polímero. Sin duda alguna los polímeros en este sector es muy importante y de gran uso, pues los polímeros tienen muchas propiedades que son favorables para la construcción, y que gracias al desarrollo y avance cada vez mas será mucho más fácil su manejo y aplicación en la industria de construcción. APLICACIÓN DE LOS POLIMEROS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ La utilización de los polímeros en la industria automotriz crece cada día gracias debido tanto al desarrollo de nuevas tecnologías de transformación como al de nuevos materiales poliméricos, que han permitido dar respuestas en apartados tan diversos como costos, seguridad, confort, diseño, etc. Incluso marcas de lujo como BMW y Porsche están utilizando más plástico en estos momentos que en toda su historia, alejando la idea de que esta tendencia es solo cosa de las marcas generalistas. Actualmente, la utilización de plásticos en un vehículo se sitúa alrededor de un 17% (180Kg), en base al peso del vehículo y considerando un vehículo de tamaño medio (se hablaría de un 14%, si no se incluyesen los neumáticos) Se prevé que este valor aumente en el tiempo, según los estudios realizados y en vista de los avances en el campo de la transformación de plásticos, que permitirán fabricar piezas cada vez más complejas. En los acabados interiores se observa el mayor porcentaje de utilización, el plástico es el material mayoritario a la hora de revestir el interior del habitáculo de pasajeros, ejemplos de estas piezas son los revestimientos de puertas, montantes y techo, otras piezas también incluidas dentro del habitáculo, son el panel de instrumentos o el acolchado de los asientos. La segunda clasificación que obtiene mayor porcentaje de utilización sería la carrocería, de la cual en la panelería y los acabados externos se podría poner como ejemplos de piezas, a los paragolpes, las rejillas, molduras y spoilers, carcasas de faros, tapacubos y guardabarros, entre otras. La utilización de plástico en la panelería exterior aporta la ventaja frente al acero, de un mejor comportamiento frente a los impactos a baja velocidad y una reducción del peso de las piezas. El producto más consumido es el polipropileno (PP) con casi un 30% en peso, en segundo lugar se encuentra el caucho para los neumáticos y seguidamente los polímeros técnicos y los elastómeros. El PVC se utiliza como revestimiento aislante de los cables por su bajo precio y su resistencia a la combustión, también se utiliza en tubos flexibles, recubrimientos y juntas, sin embargo, su fuerte y negativo impacto medioambiental permite predecir que en un futuro tendrá fuertes restricciones de uso, como ya ha ocurrido para algunos productos. En ABS, material rígido, duro y tenaz, podemos encontrar rejillas, carcasas, guanteras, apoyabrazos o tapacubos. La poliamida (PA) de gran resistencia a la fatiga, la abrasión y al impacto se utiliza en tapacubos, rejillas, carcasas y ventiladores. SITUACIÓN ACTUAL Los cuadros adjuntos dan una idea sobre la evolución de las aeronaves. Podría hablarse también de su masa y capacidad, desde unos pocos centenares de kg y uno o dos pasajeros a los gigantes civiles y militares. Lógicamente los materiales que se usen deberán sufrir una evolución parecida. Si a ello se añade la evolución en la tecnología de los materiales el panorama queda suficientemente encuadrado. Materiales poliméricos estos se pueden utilizar. Como materiales de decoración, relleno etc. En este caso no difiere mucho su utilización de los materiales usados en automoción. La mayoría de tapicerías de revestimientos interiores, de tabiques etc., de las aeronaves civiles y militares se construyen con los mismos materiales que la industria del automóvil es decir polímeros termoplásticos que une a su baratura y facilidad de mecanización y mantenimiento, con tratamientos ignífugos que mejoran sus condiciones de seguridad. No se va a hacer un tratamiento detallado de ellos. Uso en aeronaves ligeras, avionetas de entrenamiento o turismo, ultraligeros etc. Siguen usándose los mismos materiales, y los tejidos tipo nylon en alas de ultraligero o ala delta así como en paracaídas como sustituto ventajoso de la seda natural o del lino. Además las resinas epóxicas reforzadas con fibra de vidrio se usan en fuselajes semimonocasco o monocasco por sus condiciones de ligereza, baratura facilidad de moldeo y de reparación. Un campo de especial utilización de estos materiales así como las espumas de poliuretano está en los veleros. En el terreno aeronáutico su utilidad se reduce zonas que no soporten altas temperaturas. En elementos estructurales que deban soportar elevadas temperaturas o a los que se requieran esfuerzos estructurales importantes, este tipo de materiales requieren fibras de mayor consistencia que la fibra de vidrio, por ejemplo se usan fibras de grafito o aramidas y el polímero matriz será alguno con mayor resistencia a la temperatura que el poliéster. Desde finales del siglo XIX, y especialmente a lo largo del siglo XX, ha habido un gran incremento en el número y variedad de los polímeros, en sus propiedades y aplicaciones, consiguiéndose desarrollar materiales de gran importancia en la ingeniería. Los polímeros de "grado médico" se caracterizan por altos niveles de asepsia, resistencia química y radiológica, y muchas otras propiedades no alcanzables por otros materiales. Se aplican a instrumentos y accesorios médicos (reutilizables o de un solo uso), a material quirúrgico, a prótesis, a trasplantes, liberación controlada de fármacos. Según su aplicación, deben cumplir con las más variadas exigencias: alta resistencia mecánica para soportar esfuerzos en una prótesis; relativa flexibilidad, tratándose de una articulación; alta tenacidad, resistencia al desgaste y a la fatiga en implantes permanentes; ser absorbibles por el organismo en suturas o liberadores de fármacos. En los últimos años, el rápido desarrollo y la alta calidad de los productos hospitalarios y quirúrgicos, así como los nuevos medicamentos de base polimérica. LIBERACIÓN DE FÁRMACOS. Alguno de los ejemplos de aplicaciones que hacen uso de polímeros inteligentes son: bio-separación, dosificación de fármacos o desarrollo de nuevos biocatalizadores. Estos materiales también pueden ser empleados como actuadores con superficies "inteligentes" con propiedades hidrofobicas. Es importante destacar que un mismo tipo de polímero inteligente puede desempeñar distintos papeles según la aplicación a la que es destinado. A continuación se muestra un esquema donde se identifica las aplicaciones potenciales de este tipo de polímeros en biotecnología y medicina. Baterías: El uso de electrodos de plástico evita el desgaste mecánico asociado a la disolución/deposición del electrodo que ocurre durante el proceso de carga y descarga de las baterías Además los polímeros no contiene sustancias tóxicas ni contaminantes Músculos artificiales: Ya que variando las condiciones de hinchamiento del polímero mediante cambios de temperatura, pH o concentración de sal del fluido de hinchamiento, se puede variar el volumen del gel, dando lugar a movimientos que simulan a los de la musculatura humana. Las elevadas interacciones polímero-polímero hacen que la estructura sea muy compacta. Sensores Los polímeros son bastante sensibles al calor, sufriendo así una pérdida de conductividad al calentarse. Espejos Este dispositivo está basado también en dispositivos electro crómicos. Trabaja con grandes reluctancias y bajas absorciones. La reducción parcial provoca un incremento en la absorción evitando altas intensidades de reflexión en los espejos retrovisores de los coches. La Batería de polímero de litio. El polímero de litio se diferencia así mismo del sistema convencional de batería en el tipo de electrolito usado, el diseño original que data de 1970 usa un electrolito de un polímero sólido seco. Se asemeja al plástico de película (film) que no conduce electricidad pero permite el intercambio de iones (átomos eléctricamente cargados o grupos de átomos). El electrolito de polímero que es gelatinoso, reemplaza el tradicional separador poroso, el cuál es bañado con electrolito. Las baterías son muy esbeltas y livianas y mejoran la seguridad; son más resistentes a las sobrecargas y conllevan menor riesgo fugas de electrolito, menor densidad de energía que el litio-ion, mayor costo-energía que las de litio-ion. Las baterías de polímero de iones de litio proporcionan más densidad energética que las baterías de níquel, lo que da lugar a una mayor autonomía de batería en un diseño más ligero, ya que el litio es el metal más liviano que existe. Además, las baterías de polímero de iones de litio te permiten hacer recargas cuando te sea más cómodo, sin tener que esperar a que acabe el ciclo completo de carga o descarga que exigen las baterías de níquel para funcionar a pleno rendimiento (con el tiempo se forman cristales en las baterías de níquel, lo que impide la carga completa de las mismas y obliga a tener que hacer una descarga total). Carga estándar Gran parte de las baterías de polímero de iones de litio utiliza una carga rápida para alimentar tu dispositivo hasta un 80 % de la capacidad de su batería, pasando después a una carga más lenta. Esto equivale a aproximadamente dos horas de carga para alimentar tu iPod a un 80 % de su capacidad, y otras dos horas para cargarlo completamente, siempre que no estés utilizándolo mientras realizas la recarga. Como podemos ver los materiales, en este caso los polímeros, son de gran importancia para nuestra vida en cualquier aspecto,. Los podemos encontrar en diferentes tipos de industria y vemos que son muchas las aplicaciones en las que se utilizan. Cada día mas los polímeros van abarcando mas territorio en la fabricación de nuevos productos y seguirá evolucionando.