Informe 4 Ensayo De Llama

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECANICA

CIENCIA DE MATERIALES I – LABORATORIO

MSC. ANDRADE VICTOR

Nrc: Informe : Ensayo de llama

Autor/res: Ayala Espinoza Hernán Paúl Erazo Falconi Daniel Alejandro Garcés Cando Lenin Marcelo

Sangolquí, 22 de Noviembre del 2018

Tabla de Contenidos Tabla de Contenidos ................................................................................................................... 1 Tabla de Figuras .......................................................................................................................... 3 1.

Introducción ......................................................................................................................... 4

2.

Marco Teórico ...................................................................................................................... 5

Resinas de polyester .................................................................................................................... 7 a.

Materiales y equipos......................................................................................................... 9

b. Procedimiento ................................................................................................................... 9 c. 3.

Análisis de datos ............................................................................................................... 9 Conclusiones y Recomendaciones..................................................................................... 12

a. Conclusiones ................................................................................................................... 12 b. Recomendaciones ........................................................................................................... 12 4.

Bibliografía ......................................................................................................................... 12

5.

Anexos ................................................................................................................................. 13

2

Tabla de Figuras Figura 1: Termoplasticos ........................................................................................................ 6 Figura 2: Termofijos............................................................................................................... 8 Figura 3: Prueba de llama..................................................................................................... 13

3

1. Introducción En la vida cotidiana siempre nos encontramos rodeados por elementos compuestos de materiales sintéticos, tales como botellas o recipientes, pintura, telas, útiles y muchos otros elementos más. Es así que la industria de elementos hechos a base de materiales sintéticos es una de las más grandes en todo el mundo, siendo este material objeto de constantes estudios y análisis para su constante mejora de calidad. Debido a la importancia de este material en toda la industria nosotros como estudiantes próximos a desarrollarnos en industrias consideramos fundamental realizar prácticas donde podamos observar y evaluar datos recopilados de pruebas a este tipo de materiales. Dentro de esta práctica el estudio de materiales sintéticos se enfoca al estudio de un tipo de material sintético en especial, los polímeros, estos los podemos encontrar muchas veces en objetos que usamos a diario como botellas, tarrinas, envases, tapas, etc. Siendo necesario la recolección de cierta cantidad de elementos de prueba que sean de diferente tipo de polímeros, con los cuales realizaremos diferentes tipos de pruebas entre ellas la de densidad, dureza, flexibilidad y la más importante el ensayo de la llama donde observaremos las características de los polímeros al exponerlos a una llama. Palabras clave: Ensayo de llama, polímeros. Introduction. Every day we are always surrounded by elements composed of synthetic materials, such as bottles or containers, paint, fabrics, tools and many other elements. Thus, the industry of elements made of synthetic materials is one of the largest in the world, this material being the object of constant studies and analysis for its constant improvement of quality. Due to the importance of this material throughout the industry we as students close to developing in industries consider it fundamental to perform practices where we can observe and evaluate data collected from tests to this type of materials. Within this practice, the study of synthetic materials focuses on the study of a type of synthetic material in particular, polymers, these can be found many times in objects that we use daily as bottles, tubs, containers, caps, etc. It is necessary to collect a certain amount of test elements that are of different types of polymers, with which we will perform different types of tests including density, hardness, flexibility and the most important flame test where we will observe the characteristics of the polymers when exposed to a flame. Keywords: Flame test, polymers.

4

Objetivos: General: Reconocer el tipo de material (polímero) del que están compuestos algunos elementos que nos rodean que tienen como materia prima los materiales sintéticos Específicos: - Observar y analizar las características que presentan los diferentes tipos de polímeros al ponerlos en contacto con la llama para su posterior clasificación. - Evaluar las propiedades de los diferentes tipos de polímeros para constatar su clasificación. 2. Marco Teórico Termoplasticos: Los termoplásticos son comercialmente los más importantes de los tres tipos, pues constituyen alrededor del 70% del tonelaje total de los polímeros sintéticos producidos. Los termoestables y los elastómeros comparten el 30% restante, en partes aproximadamente iguales, con una ligera ventaja para los últimos. Polímeros termoplásticos (TP), como se les llama frecuentemente, son materiales sólidos a temperatura ambiente, pero cuando se someten a temperaturas de cientos de grados se convierten en líquidos viscosos. Esta característica permite conformarlos fácil y económicamente en productos útiles. Pueden sujetarse repetidamente a los ciclos de calentamiento y enfriamiento sin que se degraden significativamente. Caracteristicas:  Son materiales ligeros resistentes a la corrosión  Baja resistencia y rigidez y no son adecuados para uso a temperaturas altas  Gran variedad de usos debido a su estructura y capacidad de combinación con aditivos  Pueden ser reciclados  Poseen bajo índice de deformación elástica  Son más susceptibles a la degradación térmica, oxidación y corrosión  Capacidad de transmitir la luz, la transparencia, tomar color y disponer de brillo  Son malos conductores de calor y electricidad  Los polímeros Termoplásticos comunes más usados al polietileno (y sus variaciones), el cloruro de polivinilo, el polipropileno, el poliestireno y el nylon. CLASIFICACION TERMOPLASTICOS  Termoplásticos amorfos Los plásticos cuyas cadenas moleculares están fuertemente ramificadas, con cadenas laterales largas, no pueden, por causa de su construcción irregular, adoptar un estado de empaquetamiento compacto, ni tan siquiera en alguna de sus partes. Tales cadenas moleculares se asemejan a un ovillo de hilo, o a un trozo de algodón en el que los filamentos se encuentran entrelazados en todas direcciones. El plástico carece entonces de todo orden estructural y por ello se denomina termoplástico amorfo. Debido a que los termoplásticos amorfos son transparentes en estado natural, no coloreado, 5

reciben frecuentemente el nombre de cristales sintéticos u orgánicos. Por ejemplo, un compact disc está hecho con un termoplástico amorfo. Gracias a que éste es transparente, el láser puede leer por reflexión en la capa de aluminio u oro las pequeñas oquedades (bits) en el plástico, y transmitir luego estas informaciones al reproductor de compact disc, que las transforma en música. Termoplásticos parcialmente cristalinos Si las macromoléculas presentan poca ramificación, es decir, pocas y cortas cadenas laterales, entonces es posible que determinadas regiones de las cadenas moleculares se ordenen y dispongan en forma compacta unas al lado de otras. Estas regiones con elevadoGrado de ordenación dentro de la molécula se denominan regiones cristalinas. Hay que tener en cuenta, no obstante, que nunca se produce una cristalización perfecta o completa, ya que la longitud de las cadenas lo impide, incluso durante la polimerización, cuando se inicia el entrecruzamiento de unas con otras. Por lo tanto, aparte de las regiones ordenadas, siempre queda desordenada una parte de la molécula, con regiones distante unas de otras, llamadas regiones amorfas. Los termoplásticos que presentan tanto regiones cristalinas como amorfas reciben el nombre de termoplásticos parcialmente cristalinos. No son nunca transparentes, ni tan siquiera cuando están en forma natural, no coloreada, sino que, por causa de la dispersión de la luz en las fronteras entre regiones amorfas y cristalinas del plástico, siempre son algo lechosos o de aspecto turbio. Ejemplos:      

Polietileno. Polipropileno. PVC(Cloruro de Polivinilo) Acrílicos. Nailon. Polietileno.

Figura 1: Termoplásticos Fuente: Área de Tecnología

Polimeros termifijos: Los polímeros termofijos o termoestables no toleran ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento como los termoplásticos. Con un calentamiento inicial estos polímeros se ablandan y pueden ser moldeados, pero también estas altas temperaturas ocasionan que en reacción con el oxígeno este material se endurezca y se haga un sólido

6

infusible. Si se llega a recalentar este material, este se degrada en lugar de ablandarse. Los polímeros termofijos son compactos y muy duros, además tienen un punto de fusión alto, una alta resistencia química y son insolubles en solventes. Su clasificación es:  Resinas fenólicas  Resinas ureicas  Resinas de melamina  Resinas de poliéster  Resinas epoxídicas Resinas fenólicas Se forman por policondensación de fenoles y formaldehído, actuando como estabilizador de la reacción. La proporción de formaldehído determina si este polímero será termoplástico o termoestable. Ejemplo:  Bakelitas Resinas ureicas Se obtienen por policondensación de la urea con el formaldehído, sus propiedades y características son similares a las de las resinas fenólicas. También son resinas que pueden colorearse. Ventajas  Resistencia muy elevada a las corrientes de fuga superficiales Desventajas  Menor resistencia a la humedad  Menor estabilidad dimensional Aplicaciones  

Paneles aislantes Adhesivos

Resinas melanina Se forman por policondensación de la fenilamina y el formol. Estas resinas son bastante utilizadas en el campo de las comunicaciones, como material para equipos de radiofonía, componentes de televisores, etc. Características:  Color rojizo  Escasa fluidez  Insolubles a los disolventes comunes  Resistente a los álcalis  Rigidez dieléctrica Resinas de polyester Se obtienen por poliesterificación de poliácidos con polialcoholes, las resinas de poliéster más comunes son: Ácido tereftálico, Glicerina, Pentaeritrita y Acido maleico

7

Características:  Elevada rigidez  Buena resistencia a la humedad  Buena resistencia a los disolventes  Excelente estabilidad dimensional  Se queman con dificultad y con un humo negro Resinas epoxidicas Se obtienen por reacción del difenilolpropano y la epiclorhidrina. Según las cantidades en que se adicionan los constituyentes y las condiciones en que se realizan las reacciones se obtienen resinas sólidas, viscosas o líquidas Características:  No se desprenden gases durante su endurecimiento  El material no se contrae una vez que está endurecido  Una vez que está endurecido se adhiere a casi todos los cuerpos  Posee una buena resistencia mecánica  Tiene buena resistencia a los agentes químicos

Figura 2: Termofijos Fuente: monografías.com

8

Capítulo 3: Desarrollo del trabajo

-

1. 2. 3. 4.

a. Materiales y equipos Mechero o soplete Materiales sintéticos de uso común(5) Pinzas Recipiente con agua

b. Procedimiento Ubicamos correctamente las instalaciones de gas hacia el mechero. Encendimos con cuidado el mechero a llama baja. Procedimos a quemar cada una de las muestras de materiales sintéticos y observar su comportamiento, color, olor, etc. Introducimos una muestra de cada material en el recipiente con agua para verificar si su densidad es mayor o menor a la del agua.

c. Análisis de datos

9

Tipo Plástico/ Objeto

Goteo

1 Botella

si

2 Tapa botella

Extingue al retirar la llama Si(rápido)

Densidad /H20

Humo

Facilidad de encender

Ollín

Olor

Color de llama

Hunde

Blanco

si

escaso

Neumático

Azul/ naranja

poco

lentamente

flota

Blanco /gris

si

escaso

Dulce

Naranja

6 Envase yogurt

si

lentamente

flota

Negro

si

Si

Cuerno quemado

Amarilla

3 PVC

no

lentamente

hunde

Blanco

si

Si

Ácido clorhídrico

Amarillo (fuerte)

5 Envase redoxon

si

lentamente

flota

blanco

si

escaso

Gas de alumbrado

amarillo

10

PVC: Utilizado en limpiadores de ventanas, aceites, materiales para construcción, etc. Al realizar la práctica con el PVC (Cloruro de polivinilo) observamos que su aspecto exterior es duro, muy rígido. Al someterlo a la prueba de densidad vimos que este se hundía con mucha facilidad esto se debe a que su densidad es de 1,4g/cm3 que es superior a la del agua de 1g/cm3. En la prueba de la llama, nos proporcionó bastante información ya que se quemaba produciendo restos de hollín en su capa externa y al sepáralo del fuego la llama se apagaba sola. Su olor era muy amargo como a cloro, esto porque tiene átomos de cloro en sus estructura atómica. PEBD: Mejor conocido como polietileno de baja densidad es un plástico fuerte, flexible y transparente se puede encontrar en algunas botellas, bolsas, muebles o alfombras. Durante la práctica de laboratorio, hundimos una pequeña muestra de PEBD en un recipiente con agua, evidentemente, la muestra se hundió, comprobándose que la densidad de este material es menor que 1 (densidad del agua), como su nombre lo indica es un polietileno de baja densidad, específicamente cuenta con una densidad de 0,93 g/cm3.Finalmente pusimos la muestra en el fuego, para realizar la prueba de llama, lo que más nos llamó la atención fue que esta pieza no goteaba, no obstante si combustionada inmediatamente, llegamos a la conclusión de que este material cumple con un buen desempeño en el área de termo formado. PS: Utilizado en platos y vasos de usar y tirar, hueveras, cajas de CD, etc. Este termoplástico es obtenido mediante la polimerización del estireno a altas temperaturas. Es uno de los plásticos más utilizados en la industria debido a su, bajo costo de producción y facilidad de moldeo. El poliestireno más común es el GPPS (General Purpose Polystirene), también conocido como poliestireno cristalino, pero existen otros derivados tales como el poliestireno HIPS (High Impact Polystyrene) o el polestirenom expandido (espuma Flex) obtenidos al procesarlo junto con otros compuestos. Tiene todo tipo de aplicaciones, tales como envases de alimentos, aislantes térmicos, recipientes desechables, etc. En la realización de la práctica se pudieron comprobar las propiedades del poliestireno. Debido su densidad ligeramente mayor a la del agua, se hunde lentamente en ella. Durante la prueba de llama, se comprobó que se trata de un plástico inflamable, que se consume rápidamente sin otear. PET: Es el plástico típico de envases de alimentos y bebidas. Es un polímero de alto grado de cristalinidad, además es parte de la familia de los termoplásticos. En la práctica realizada obtuvimos los siguientes resultados. Con la prueba de densidad vimos que el PET se hundía en el agua muy lentamente ya que su densidad es mayor que la del agua siendo de 1.370 g/cm3. En la prueba de la llama obtuvimos mucha información pues al igual que en el PVC se obtuvo hollín y el humo que emanaba esta combustión era negro, era como que se derretía el material goteaba de forma continua y color negro. Esto debido a su composición química. PP: Su alto punto de fusión permite envases capaces de contener líquidos alimentos calientes. Este termoplástico además presenta una resistencia contra diversos solventes químicos. Durante la práctica realizada se encontró que este tipo de material no se hundió durante la prueba de densidad, ya que como se mencionó anteriormente la densidad del PP es de 0.9gpor cm3 que al ser menor que la densidad del agua no ocasionara que se hunda. 11

La prueba de llama se observó que el material se derritió rápidamente y con gotas de color blanco debido a que su temperatura de fusión corresponde 160°C. DURALÓN: El duralón es un polímero derivado del nylon, con aditamento de fibra de vidrio en su composición. Tiene propiedades muy deseables para la industria, tales como alta resistencia a la fractura y al impacto, baja conductividad térmica, baja fricción y resistencia al desgaste. Sin embargo, debido a su proceso de producción, es relativamente costoso. En la realización de la práctica se pudieron comprobar las propiedades del duralón. Se comprobó que su densidad es mayor a la del agua al hundirse en ella. Al ser sometido a la prueba de llama, el duralón no se encendió, con lo cual se verifica su resistencia al calor.

3. Conclusiones y Recomendaciones a. Conclusiones  El estudio de las propiedades y características de los materiales sintéticos es de suma importancia para el desarrollo de profesionales orientados a carreras industriales debido a la concurrencia en el uso de estos en el trabajo.  Los diferentes ensayos predeterminados que se realiza a los materiales para evaluar sus características son efectivos al momento de realizar la clasificación de los materiales  Mediante el ensayo de la llama, se pueden identificar las diferentes variedades de termoplásticos, comparando los resultados de la prueba (tales como olor, color del humo, forma de goteo, etc.) con la teoría para verificar de qué tipo de plástico se trata. Dicha prueba no puede realizarse con materiales termoestables debido a que no son inflamables.





b. Recomendaciones Se recomienda realizar con extrema cautela los ensayos de llama ya que puede causar accidentes tanto por la llama y por los residuos (gas y líquido) que genera el material al exponerse a la llama. Se recomienda el uso de las herramientas y seguridades tales como pinzas, guantes, zapatos adecuados, etc., adecuadas para evitar accidentes dentro del laboratorio.

4. Bibliografía  Mar Industrial Distribuidora S.A (2014) UHMW-PE - TIVAR® 1000 [ebook]. Disponible en: http://www.midsa.com.mx/pdf/UHMW_Polietileno_de_Ultra_Alto_Peso_Molecul ar.pdf  Wunsch, J.R. (2000). Polystyrene – Synthesis, Production and Applications. [ebook] iSmithers Rapra Publishing. Disponible en: https://books.google.com.ec/books?id=9Oal8DG_7GAC&pg=PA15&redir_esc=y# v=onepage&q&f=false [2017, 28 de noviembre, 6:30 pm]  Metalcrete (2017) Duralon [en línea] Disponible en: https://metalcreteindustries.com/duralon [2017, 28 de noviembre, 7:30 pm]

12

5. Anexos

Figura 3: Prueba de la llama Fuente: Grupo

13

1