miércoles, 26 de marzo de 2014
FIBRAS DE ARAMIDA
Las fibras de aramida fueron introducidas comercialmente en 1972 por DuPont.
Kevlar:
El Kevlar es un polímero altamente cristalino. Llevó mucho tiempo encontrar alguna aplicación útil para el Kevlar, dado que no era soluble en ningún disolvente. Por lo tanto, su procesado en solución estaba descartado. No se derretía por debajo de los 500oC, de modo que también se descartaba el hecho de procesarlo en su estado fundido. Fue entonces cuando una científica llamada Stephanie Kwolek apareció con una idea brillante.
Stephanie trabajaba en un laboratorio, donde todos los días experimentaba con nuevos materiales. Descubrió el Kevlar cuando se dio cuenta de que una solución plástica que ella estudiaba a menudo estaba actuando de manera "diferente". Este material era súper resistente y a la vez muy ligero. Así fue como descubrió el Kevlar, una fibra química famosa por su uso en los chalecos antibalas.
DuPont es una compañía científica. Fundada en 1802, DuPont pone a trabajar a la ciencia en la resolución de problemas y creación de soluciones que hacen que la vida de la gente sea mejor, más segura y fácil. Con operaciones en más de 70 países, la compañía ofrece una amplia gama de productos y servicios a los mercados, incluyendo el de agricultura, nutrición, electrónica, comunicaciones, seguridad y protección, casa y construcción, transporte y vestido.
Kwolek entró a trabajar en DuPont en 1946 como química de laboratorio en Buffalo, Nueva York. Recién graduada de lo que ahora es la Universidad Carnegie Mellon de Pennsylvania, dijo que su intención originalmente era trabajar para DuPont unos cuantos años, los suficientes para ahorrar dinero y entrar a la facultad de medicina.
| "Me enamoré tanto de mi trabajo, que se me olvidaron los estudios de medicina y en su lugar, continúe trabajando para DuPont," señaló Kwolek, quien pasó la mayor parte de su carrera de 40 años en DuPont en la Estación Experimental de Wilmington. "Y creo que el motivo por el que continué, fue que tenía mucha libertad, y había mucha emoción porque constantemente hacíamos inventos de una clase o de otra." El primer trabajo de Kwolek en DuPont fue el precursor de los procesos de baja temperatura para la preparación de polímeros de condensación y dio como resultado cientos de nuevos polímeros, incluyendo la película de poliamida DuPont Kapton® y el polímero y fibra de aramida DuPont Nomex®. Sus descubrimientos, los cuales abrieron nuevos horizontes en los años 60 en el campo de las soluciones de polímero cristalino líquido, constituyeron la base de la preparación comercial de la fibra de aramida Kevlar®. |  |
Las fibras Kevlar® están basadas en poliparafenileno tereftalamida, molécula rígida que facilita lograr una configuración de cadena totalmente extendida (recta). Asimismo, la molécula de poliparafenileno tereftalamida tiene una excelente resistencia a las altas temperaturas y a las llamas. Al ofrecer resistencia al calor, Kevlar® protege contra riesgos térmicos de hasta 800 grados F.
Nomex:
Las características intrínsecamente ignífugas proporcionadas por NOMEX® hacen que las personas que trabajan con este polímero estén seguras y protegidas contra los peligros del trabajo de cada día. Es ese conocimiento y sentido de la seguridad el que les permite concentrarse en su tarea actual, y contribuir así a elevar la productividad.NOMEX® esuna molécula con cadena larga. La tecnología térmica avanzada fue creada hace más de 30 años cuando los científicos de DuPont crearon una fibra con una combinación extraordinaria en cuanto a características de alto rendimiento `para el calor e ignífugas, así como características superiores del textil.
NOMEX® proporciona resistencia excepcional al calor y a la llama y ofrece características excelentes del textil. Los usos incluyen los filtros, las telas revestidas industriales, etc.
 | NOMEX® también se utiliza para el aislamiento eléctrico en forma de papel y de cartón prensado, donde su fuerza dieléctrica inherente, dureza mecánica y estabilidad termal proporcionan alta confiabilidad en los usos más exigentes. |
FIBRA DE ARAMIDA
Las fibras de aramida, o poliamida aromática, se fabrican cortando uns solución del polímero a través de una
hiladora. Esto produce una fibra con una estabilidad térmica alta, una alta resistencia y una alta rigidez
debido a uniones fuertemente organizadas del polímero semicristalino.
Las cadenas poliméricas alineadas dan una resistencia y una rigidez más importante en la dirección
longitudinal que en la transversal. Las fibras de aramida tienen un CET negativo en la dirección longitudinal y
positivo en la radial.
La fibra de aramida es fibrilar ( en forma de fibras) en su microestructura lo que le da propiedades de flexión
y de compresión débiles. Las fibras son bastante duras y resistentes a tracción longitudinal. Además, son
excelentes en resistencia a impacto balístico.
Las temperaturas típicas de utilización para las fibras de aramida oscilan entre los -200ºC y los +200ºC,
pero la oxidación limita su utilización por encima de los 150ºC.
La exposición a la humedad facilita el comportamiento debido a la interacción del agua con las estructuras
moleculares y cristalográficas de las fibras de aramida. Como las radiaciones ultravioleta degradan las fibras de aramida, estas deben estar en una matriz protectora.
Se podrían utilizar tratamientos de superficie para mejorar la adherencia entre las fibras y la matriz
polimérica.
CARACTERISTICAS
A finales de los años 60, la empresa du Pont desarrolló una nueva clase de polímeros, poliamidas
aromáticas para-orientadas (aramidas), que poseían internamente cadenas moleculares rigidas en una
configuración extedida. Las poliamidas aromáticas no son adecuadas para hilados viscosos; sin embargo,
bajo determinadas condiciones de concentración, disolvente, peso molecular y temperatura pueden llegar a
formar soluciones líquido-cristalinas. Estas soluciones pueden fluir a través de un hilador consiguiendo un
producto fibroso de muy alta orientación.
De forma similar a las fibras de vidrio o carbono, la curva tensión-deformación de las aramidas es casi lineal
hasta su rotura. Al menos tres fibras de aramida disponibles en el mercado (Kevlar49-DuPont, HM50-Teijin,
Twaron-Teijin) han sido experimentadas para reforzar composites con matriz de cemento. Las propiedades
relativas a la tensión de estas tres fibras se muestran en la Tabla-1.
La combinación de baja densidad con alta resistencia y alto módulo elástico confiere a las fibras de aramida
la mayor resistencia a tracción específica de cualquier material y un razonablemente alto módulo elástico
incluso en comparación con la fibra de carbono. Las aramidas sometidas a tensión tienen una buena
estabilidad dimensional, con deformación similar a la del acero después de un corto periodo inicial.
Las deformaciones en Kevlar49 son menores al 20% de la deformación inicial elástica después de varios
años de esfuerzo. Se ha observado que la deformación depende de la temperatura y esto podría ser
significativo sólo para niveles de carga superiores al 70% del punto de rotura. A compresión, las aramidas
son elásticas a baja deformación, pero llegan a ser perfectamente plásticas con altas deformaciones. El
comienzo de la fase plástica durante la compresión surge por la cizalladura de las cadenas moleculares que
conduce a la formación de plegados oblicuos dentro de la fibra. En comparación con las fibras de carbono,
las aramidas sobreviven intactas curvándose al someterse a compresión. Este comportamiento es
tecnológicamente importante porque facilita el proceso de tejido, trenzado y entrelazado. Las aramidas tienen
comparativamente una alta estabilidad térmica, no funden, y solo se descomponen en el aire a temperaturas
superiores a los 450ºC. La alta durabilidad de los hilos de Kevlar49 y de las hebras de Kevlar49/epoxy sometidas a pruebas de alta temperatura para acelerar el colapso han indicado una vida teórica superior a los
100 años con esfuerzos entre el 50% y el 60% del máximo nominal.
Desde su introducción comercial en 1972, las aramidas han sido empleadas en una gran variedad de
aplicaciones, entre las que se incluyen: neumáticos, gomas, cuerdas y cables, balística, cintar y redes,
plasticos reforzados, materiales para aviación y aeroespaciales, materiales deportivos, eléctricos y pultrusión
KEVLAR
HISTORIA
El Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida
sintetizada por primera vez en 1965 por la química polaco-estadounidense
Stephanie Kwolek (1923-), quien trabajaba para DuPont. Finalmente, DuPont
empezó a comercializarlo en 1972.
El KEVLAR: Polímero totalmente aromático, infusible, que
puede describirse estrictamente como nylon T, T. Sólo se fabrica como fibra
(mediante fricción en solución), tiene una estabilidad térmica y una
resistencia térmica y a la llama muy altas. A diferencia de su isómero químico
Nomex, sus propiedades de tracción son superiores a las de las fibras textiles
normales debido a un alto grado de orientación molecular resultante de sus
moléculas lineales rígidas y de su propensión a formar cristales líquidos durante
la fricción en solución. Estas fibras tienen en común con el número limitado de
los materiales altamente orientados un coeficiente (bajo) de expansión térmica
negativo en la dirección axial.
Se utilizan ampliamente en los composites más ligeros que los
que aislantes eléctricos que se basan en fibra de carbono. Sus propiedades
mecánicas suelen ser inferiores. Su coeficiente específico de tracción es alto
y cercano al de los composites de fibra de carbono pero su resistencia a la
compresión es bastante débil.
Además de los composites, sus aplicaciones incluyen ropa de
protección, chalecos antibalas, productos de fricción, reforzamiento de
elastómeros (p.ej. tubos y cintas de transportadores de cinta), cables, cuerdas
y telas de las velas de barcos.
ESTRUCTURA QUIMICA
El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los grupos
amida están separados por grupos para-fenileno, es decir, los grupos amida se
unen al anillo fenilo en posiciones opuestas entre sí, en los carbonos 1 y 4.
* En cuanto a los enlaces por puentes de hidrógeno, el Kevlar y el agua tienen algo en común. En ambos compuestos, los átomos de oxígeno tienen una alta densidad de electrones alrededor del núcleo. Puesto que los electrones se cargan negativamente, los átomos de oxígeno tendrán una carga negativa leve. Por otra parte, los átomos de hidrógeno tienen una densidad mucho más baja de electrones alrededor del núcleo, teniendo, por tanto, una carga positiva parcial. El hidrógeno y el oxígeno de diversas moléculas se atraen, formando el enlace por puentes de hidrógeno.
Los químicos pensaban que los compuestos aromáticos del Kevlar tenían alguna realción con su fuerza. El desafío era descubrir cómo orientaron estos grupos aromáticos dentro de una fibra de Kevlar. Con la luz del sincrotrón, es posible "ver" (detectar) la presencia de diversos grupos de átomos, gracias a la absorción selectiva de la luz.
Se puede utilizar un tipo especial de radiografía, llamada microscopía, para revelar la orientación de moléculas en determinados materiales. En el sincrotrón nacional de Nueva York, se obtuvo esta imagen de una fibra de Kevlar:
El patrón demuestra que los componentes aromáticos de Kevlar tienen una orientación radial.
La orientación radial es importante porque permite que las cadenas del polímero sean simétricas como los átomos en un cristal. Esto proporciona un alto grado de simetría y de regularidad a la estructura interna de las fibras. Debido a esta estructura, una fibra de Kevlar tiene pocos defectos estructurales. Esta carencia de defectos es la razón más importante de la fuerza excepcional del Kevlar.
PROPIEDADES
Rigidez
El kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una
fibra polimérica. El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es
de entorno a 80 GPa (kevlar 29) y 120 (kevlar 49).6 El valor de un acero típico
es de 200 GPa.
Resistencia
El kevlar posee una excepcional resistencia a la tracción,
de entorno a los 3,5 GPa. En cambio el acero tiene una resistencia de 1,5 GPa.
La excepcional resistencia del kevlar (y de otras poliarilamidas similares) se
debe a la orientación de sus cadenas moleculares, en dirección del eje de la
fibra, así como a la gran cantidad de enlaces por puentes de hidrógeno entre
las cadenas, entre los grupos amida.
Una fibra de Kevlar es un arsenal de moléculas orientadas en
paralelo como un paquete de espaguetis crudos. Esta colocación espacial es lo
que proporciona las moléculas con
estructura cristalina. La cristalinidad es obtenida por un proceso de
fabricación que implica sacar la solución
fundida del polímero a través de agujeros pequeños de la extrusora. La cristalinidad
de los filamentos del polímero de Kevlar contribuye perceptiblemente a su
fuerza y rigidez únicas.
Imagine una caja de espaguetis crudos. No hay nada que
mantenga todos los espagetis juntos, de hecho, si usted vaciara la caja, todos
los espaguetis caerían.
Aunque las cadenas del polímero de Kevlar son cadenas
individuales, como los espaguetis, en realidad sí están unidas formando un
conjunto. ¿Pero cómo se unen?
|
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¿Las cadenas del polímero están como pegadas?
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¿Son similares a las piezas de un puzzle?
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¿Se atraen como lo hacen dos imanes?
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La idea de la atracción entre imanes es una analogía que
ayuda en entender las fuerzas atractivas entre las cadenas del polímero. Las
cadenas individuales del polímero se unen realmente por fuerzas electrostáticas
que hay entre las moléculas, conocidas como enlaces por puentes de hidrógeno,
que se forman entre los grupos de amidas polares en cadenas adyacentes.
Elongación a rotura
El kevlar posee una elongación a rotura de entorno al 3,6 %
(kevlar 29) y 2,4 % (kevlar 49)6 mientras que el acero rompe en torno al 1 % de
su deformación. Esto hace que el kevlar sea un material más tenaz y absorba
mucha mayor cantidad de energía que el acero antes de su rotura.
Tenacidad
La tenacidad (energía absorbida antes de la rotura) del
kevlar es en torno a los 50 MJ m-3, frente a los 6 MJ m-3 del acero.7
Propiedades térmicas
El kevlar se descompone a altas temperaturas (entre 420 y
480 grados Celsius) manteniendo parte de sus propiedades mecánicas incluso a
temperaturas cercanas a su temperatura de descomposición.
El módulo elástico se reduce en torno a un 20 % cuando se
emplea la fibra a 180 grados Celsius durante 500 h.6 Esta propiedad, junto con
su resistencia química, hacen del kevlar un material muy utilizado en equipos
de protección.
* KEBLAR 29
Fibras utilizadas para la fabricación de chalecos antibalas,
armaduras de
refuerzo compuesto, cascos, cuerdas, cables, partes de asbesto
sustituyan.
Rigidez
El Kevlar posee una excepcional rigidez para tratarse de una
fibra polimérica.
Elasticidad
El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es
de entorno a 80 GPa (Kevlar29)
Elongcion
El Kevlar posee una elongación a rotura de entorno al 3,6%
(Kevlar 29)
Resistencia
Kevlar 29 - de alta resistencia (520 000 psi/3600 MPa), de
baja densidad (90 lb / pie ³ / 1440 kg / m³)
* KEVLAR 49
Elasticidad
El valor del módulo de elasticidad a temperatura ambiente es
de entorno 120 (Kevlar49)6 . El valor de un acero típico es de 200 GPa.
Elongacion
El Kevlar posee una elongación a rotura de entorno al 2,4% (Kevlar 49)6 mientras que el acero rompe
entorno al 1% de su deformación7 . Esto hace que el Kevlar sea un material más
tenaz y absorba mucha mayor cantidad de energía que el acero antes de su
rotura.
Resistencia
Alto módulo (19000 ksi/131 GPa), de alta resistencia (550
000 psi/3800 MPa), baja densidad (90 lb / ft $ ³ $ / 1440 kg / m³) fibras
usadas en aplicaciones aeroespaciales, automoción y marina.
Buena resistencia a la tracción
Menor densidad que la fibra de vidrio y carbono
Baja resistencia a compresión
Buena resistencia a disolvente y aceites
Fácilmente atacables por ácidos y bases fuertes
A diferencia de la fibra de carbono y vidrio, presentan una
gran absorción de humedad en condiciones ambientales, en detrimento de sus
propiedades mecánicas.
Las especificaciones
físicas típicas del Kevlar 49 son:
Densidad: 1.44 g/cm^3
Resistencia a la Tracción: 3400 MPa
Módulo Elástico: 125 GPa
Diámetro de la Fibra: 12µm
Absorción de Humedad: 12%
El Kevlar 49 posee un alto precio, pero en cambio nos puede
proporcionar una muy alta resistencia estática y una rigidez media, mientras
que posee una densidad muy pequeña comparada con el Aluminio. Dichas
características hacen que el Kevlar sea un excelente material para su uso en
estructuras secundarias sin un alto régimen de cargas.
USOS
Tipo ligero, de alto rendimiento y de alta tenacidad de los
hilos utilizados en marcha de carreras de motos, accesorios de protección de la
vida, cuerdas y cordajes, y mangueras de alta presión utilizados en la
industria de petróleo y gas.
ultra alto módulo
(27000 ksi/186 GPa), de alta resistencia (490 000 psi/340MPa),
baja densidad (92 lb
/ ft ³ / 1470 kg / m³) de fibras altamente cristalinos utilizados como refuerzo
fase dispersa de los componentes de material compuesto para aviones.
TIPOS DE KEVLAR
Esencialmente hay dos tipos de fibras de kevlar: kevlar 29 y
kevlar 49.
El kevlar 29 es la fibra tal y como se obtiene de su
fabricación. Se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus buenas
propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus aplicaciones está la
fabricación de cables, ropa resistente (de protección) o chalecos antibalas.
El kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van a embeber en
una resina para formar un material compuesto. Las fibras de kevlar 49 están
tratadas superficialmente para favorecer la unión con la resina. El kevlar 49
se emplea como equipamiento para deportes extremos, para altavoces y para la
industria aeronáutica, aviones y satélites de comunicaciones y cascos para
motos.
El kevlar ha desempeñado un papel significativo en muchos
usos críticos. Los cables de kevlar son tan fuertes como los cables de acero,
pero tienen sólo cerca del 20% de su peso lo que hace de este polímero una
excelente herramienta con múltiples utilidades.
El kevlar también se usa en:
chaquetas, e impermeables;
cuerdas y bolsas de aire en el sistema de aterrizaje de la
nave Mars Pathfinder;
cuerdas de pequeño diámetro;
hilo para coser;
petos y protecciones para caballos de picar toros;
el blindaje antimetralla en los motores jet de avión, de
protección a pasajeros en caso de explosión;
neumáticos funcionales que funcionan desinflados;
guantes contra cortes, raspones y otras lesiones;
guantes aislantes térmicos;
kayaks resistencia de impacto, sin peso adicional;
esquís, cascos y racquetas fuertes y ligeros.
chaleco antibalas.
algunos candados para notebook.
revestimiento para la fibra óptica.
capa superficial de mangueras profesionales antiincendios.
compuesto de CD/DVD, por su resistencia tangencial de
rotación.
silenciadores de tubos de escape.
construcción de motores.
cascos de Fórmula 1.
extremos inflamables de los golos, objeto muy popular entre
malabaristas.
veleros de regata de alta competición.
botas de alta montaña.
cajas acústicas (Bowers & Wilkins).
tanques de combustible de los automóviles de Fórmula 1.
Alas de aviones.
lámparas.
altavoces de estudio profesional.
coderas y rodilleras de alta resistencia.
cascos de portero de hockey.
equipamiento de motorista.
trajes espaciales
FIBRA DE TEFLON
HISTORIA
El Teflón es una sustancia antiadherente, descubierta casualmente por el estadounidense Roy Plunkett en 1938.
Hay una leyenda que cuenta que el Teflón fue inventado en el programa espacial de los Estados Unidos, pero es totalmente falsa. Su historia es más bien curiosa.
Roy Plunkett era un químico que trabajaba en los laboratorios de investigación de la compañía Du Pont en Nueva Jersey. A fines de la década de los treintas, los científicos de la empresa estaban trabajando para crear nuevos tipos de Freón, el gas utilizado por los refrigeradores para extraer el calor.
En ese entonces, los Freones eran vistos como químicos no tóxicos, no reactivos, seguros y muy útiles para hacer refrigerantes. Hoy en día sabemos que los Freones pueden reaccionar en la alta atmósfera, destruyendo la capa de ozono. A Plunkett se le había encargado que encontrara un nuevo refrigerante de ese tipo.
Un día, estaba mezclando una cantidad de Freón con alguna otra sustancia y suponía que de la mezcla obtendría un gas. A la mañana siguiente, su ayudante Jack abrió la válvula del cilindro que contenía la mezcla, pero no salió ningún gas.
Llamó a Plunkett y éste pesó el cilindro, en el que definitivamente había algo, puesto que pesaba más que un envaseTeflón vacío. Al abrirlo, se encontró con un polvo blanco grasiento. Intrigado, realizó las pruebas habituales y observó que se trataba de un material inerte, es decir, que nada reaccionaba con él, de manera que no lo afectaban el calor, la electricidad ni los ácidos, además de ser sumamente resbaladizo. Había cometido un error, pero en cambio había descubierto el Teflón.
Se trataba de uno de los primeros plásticos. Como el Nylon, otro producto desarrollado por la Du Pont, el Teflón es un polímero, con una de las más largas cadenas de moléculas conocidas. La diferencia es que el Nylon fue desarrollado por un grupo de investigadores que se tardaron años en lograr su objetivo, con base en un arduo trabajo y una gran determinación y, en cambio, el Teflón fue descubierto casualmente por Plunkett, quien sin embargo tuvo el mérito de haber analizado la extraña e inesperada sustancia, en vez de simplemente tirarla.
Dadas sus características únicas, la Du Pont se dio cuenta de que el Teflón era una sustancia con muchas posibilidades. Se consideró tan especial, que se mantuvo en secreto durante algunos años. Tuvo su primer uso práctico cuando los ingenieros que trabajaban en el Proyecto Manhattan, el programa para desarrollar la bomba atómica, necesitaron proteger unas juntas de hexafluoruro de Uranio, el material altamente tóxico y corrosivo que usaban para crear el isótopo de Uranio. El Teflón resultó perfecto, por ser un material no reactivo.
El nombre Teflón se registró como marca de fábrica en 1945 en los Estados Unidos y en 1954 en el Reino Unido. Su descubridor, Plunkett, no recibió los derechos de la patente, perteneciente a la empresa Du Pont
Partimos de un agente clorante en este caso cloro gaseoso y lo hacemos reaccionar con metano a una temperatura de 450º C, mediante la acción de la luz se van a formar radicales de Cl que se unirán al metano para formar ticlorometano.
En un segundo paso el ticlorometano se hace reaccionar con fluoruro de hidrogeno para dar HClF2 y bajo un calentamiento a 800º C, reacción por lo tanto endotérmica (todas las anteriores son exotérmicas), obtenemos el monómero de tetrafluoretileno y ácido clorhídrico. El último paso sería la polimerización radicalaria del monómero de tetrafluoretileno hasta obtener PTFE o Teflón.
ESTRUCTURA QUIMICA
PROPIEDADES
Teflón, es el politetrafluoretileno (PTFE), una resina resistente al calor y a los agentes químicos.
Más conocido como TEFLON es un producto blanco que se obtiene por extrusión o por moldeo, sinterizando posteriormente el producto en hornos de convección.
El fabricado por moldeo es siempre superior en calidad y características al extruÍdo.
El TEFLON reune tres características importantes que lo hacen casi único, y que son:
- Su alta temperatura de utilización 260°C.
- Su aguante a casi todos los productos químicos.
- Su bajo coeficiente de rozamiento.
Tiene el gran inconveniente de su bajísima resistencia a la comprensión, que en muchos casos lo hace inservible por el excesivo tamaño de los casquillos y soportes;
Su densidad 2,4 es muy elevada lo que unido a su precio, también elevado, lo hacen un producto caro por volumen utilizado.
Si se compara, por ejemplo, con el POLIETILENO prensado HD-500 que tiene una densidad 0,9 y un precio 7 veces menor, llegaremos a la conclusión de que este último producto es 19 veces más barato que el TEFLON.
Evidentemente, el HD-500 no reúne todas las ventajas juntas del TEFLON, pero si dos de ellas : resistencia química y bajo coeficiente de rozamiento.
Si la temperatura no es elevada (max.lOOoC), el HD-500 sustituye totalmente al TEFLON, lo que indica las grandes ventajas económicas de conocer los productos y saber sus limitaciones y diferencias importantes.
Actualmente existe un derivado del TEFLON con Fluor incorporado también
que se conoce como P.V.D.F.
P.V.D.F. tiene unas características algo más bajas que el TEFLON,
pero permite la soldadura para poder fabricar recipientes y cubetas impermeables.
TIPOS DE TEFLON
El Teflón es una sustancia antiadherente, descubierta casualmente por el estadounidense Roy Plunkett en 1938.
Hay una leyenda que cuenta que el Teflón fue inventado en el programa espacial de los Estados Unidos, pero es totalmente falsa. Su historia es más bien curiosa.
Roy Plunkett era un químico que trabajaba en los laboratorios de investigación de la compañía Du Pont en Nueva Jersey. A fines de la década de los treintas, los científicos de la empresa estaban trabajando para crear nuevos tipos de Freón, el gas utilizado por los refrigeradores para extraer el calor.
En ese entonces, los Freones eran vistos como químicos no tóxicos, no reactivos, seguros y muy útiles para hacer refrigerantes. Hoy en día sabemos que los Freones pueden reaccionar en la alta atmósfera, destruyendo la capa de ozono. A Plunkett se le había encargado que encontrara un nuevo refrigerante de ese tipo.
Un día, estaba mezclando una cantidad de Freón con alguna otra sustancia y suponía que de la mezcla obtendría un gas. A la mañana siguiente, su ayudante Jack abrió la válvula del cilindro que contenía la mezcla, pero no salió ningún gas.
Llamó a Plunkett y éste pesó el cilindro, en el que definitivamente había algo, puesto que pesaba más que un envaseTeflón vacío. Al abrirlo, se encontró con un polvo blanco grasiento. Intrigado, realizó las pruebas habituales y observó que se trataba de un material inerte, es decir, que nada reaccionaba con él, de manera que no lo afectaban el calor, la electricidad ni los ácidos, además de ser sumamente resbaladizo. Había cometido un error, pero en cambio había descubierto el Teflón.
Se trataba de uno de los primeros plásticos. Como el Nylon, otro producto desarrollado por la Du Pont, el Teflón es un polímero, con una de las más largas cadenas de moléculas conocidas. La diferencia es que el Nylon fue desarrollado por un grupo de investigadores que se tardaron años en lograr su objetivo, con base en un arduo trabajo y una gran determinación y, en cambio, el Teflón fue descubierto casualmente por Plunkett, quien sin embargo tuvo el mérito de haber analizado la extraña e inesperada sustancia, en vez de simplemente tirarla.
Dadas sus características únicas, la Du Pont se dio cuenta de que el Teflón era una sustancia con muchas posibilidades. Se consideró tan especial, que se mantuvo en secreto durante algunos años. Tuvo su primer uso práctico cuando los ingenieros que trabajaban en el Proyecto Manhattan, el programa para desarrollar la bomba atómica, necesitaron proteger unas juntas de hexafluoruro de Uranio, el material altamente tóxico y corrosivo que usaban para crear el isótopo de Uranio. El Teflón resultó perfecto, por ser un material no reactivo.
El nombre Teflón se registró como marca de fábrica en 1945 en los Estados Unidos y en 1954 en el Reino Unido. Su descubridor, Plunkett, no recibió los derechos de la patente, perteneciente a la empresa Du Pont
OBTENCION
Partimos de un agente clorante en este caso cloro gaseoso y lo hacemos reaccionar con metano a una temperatura de 450º C, mediante la acción de la luz se van a formar radicales de Cl que se unirán al metano para formar ticlorometano.
En un segundo paso el ticlorometano se hace reaccionar con fluoruro de hidrogeno para dar HClF2 y bajo un calentamiento a 800º C, reacción por lo tanto endotérmica (todas las anteriores son exotérmicas), obtenemos el monómero de tetrafluoretileno y ácido clorhídrico. El último paso sería la polimerización radicalaria del monómero de tetrafluoretileno hasta obtener PTFE o Teflón.
ESTRUCTURA QUIMICA
PROPIEDADES
Teflón, es el politetrafluoretileno (PTFE), una resina resistente al calor y a los agentes químicos.
Más conocido como TEFLON es un producto blanco que se obtiene por extrusión o por moldeo, sinterizando posteriormente el producto en hornos de convección.
El fabricado por moldeo es siempre superior en calidad y características al extruÍdo.
El TEFLON reune tres características importantes que lo hacen casi único, y que son:
- Su alta temperatura de utilización 260°C.
- Su aguante a casi todos los productos químicos.
- Su bajo coeficiente de rozamiento.
Tiene el gran inconveniente de su bajísima resistencia a la comprensión, que en muchos casos lo hace inservible por el excesivo tamaño de los casquillos y soportes;
Su densidad 2,4 es muy elevada lo que unido a su precio, también elevado, lo hacen un producto caro por volumen utilizado.
Si se compara, por ejemplo, con el POLIETILENO prensado HD-500 que tiene una densidad 0,9 y un precio 7 veces menor, llegaremos a la conclusión de que este último producto es 19 veces más barato que el TEFLON.
Evidentemente, el HD-500 no reúne todas las ventajas juntas del TEFLON, pero si dos de ellas : resistencia química y bajo coeficiente de rozamiento.
Si la temperatura no es elevada (max.lOOoC), el HD-500 sustituye totalmente al TEFLON, lo que indica las grandes ventajas económicas de conocer los productos y saber sus limitaciones y diferencias importantes.
Actualmente existe un derivado del TEFLON con Fluor incorporado también
que se conoce como P.V.D.F.
P.V.D.F. tiene unas características algo más bajas que el TEFLON,
pero permite la soldadura para poder fabricar recipientes y cubetas impermeables.
Propiedades
|
Teflón TFE Virgen
|
Fibra de Vidrio 25%
|
Grafíto
|
Bronce, 60%
|
 Gravedad específica |
2.18
|
2.24
|
2.16
|
3.74
|
| Resistencia a la tensión Kg/cm² (psi) |
280
(4,000) |
175
(2,500) |
210
(3,000) |
140
(2,000) |
| Coeficiente de conductividad térmica Kcal/m hr °C (BTU/hr/ft2/°F/in) |
0.21
(1.7) |
0.39
(3.12) |
0.39
(3.12) |
0.4
(3.25) |
| Módulo de Plastodeformación, (2) Kg/cm (psi x 103) |
2
(28) |
2.1
(30) |
3.5
(50) |
6.3
(90) |
| Dureza Durómetro Shore "D" |
51
|
57
|
61
|
70
|
| Impacto izod. Cm Kg/cm (ft/Ib/in) |
15.5
(2.9) |
12.1
(2.2) |
14.3
(2.6) |
11
(2.0) |
| Factor de desgaste (3) (cm (3) min./Kg m h) 10-8 (in. (3) min./ft ib hf) 10-10 |
2.95
(2,500) |
15.4
(13) |
60
(50) |
(6)
7 |
| Estática, carga de 35Kg/cm² (500 fpm) |
0.05-
0.08 |
0.10-
.013 |
0.08-
0.10 |
0.08-
0.10 |
| Dinámica, PV = 5000 (105) 15m/min. (50 fpm) |
0.01
|
0.17-
0.24 |
0.15-
0.18 |
0.15-
0.22 |
Propiedades
|
Unidades
|
Norma ASTM
|
Teflón Puro
|
|
gr/cm²
|
D - 792
|
2.16
|
|
Shore
|
D - 785
D - 2240 |
D - 55
|
|
Kg cm/cm
|
D - 256
|
16
|
|
Kg/cm²
|
281
| |
|
Kv/mm
|
D - 149
|
55
|
|
Kg/cm²
|
D - 638
D - 695 |
46
|
|
%
|
0
| |
|
°C
|
260
|
TIPOS DE TEFLON
El teflón virgen
La estructura molecular del Teflón está constituida por átomos de carbón y flúor. La unión de estos átomos produce uno de los materiales plásticos más resistentes a temperaturas extremas, el Teflón también se caracteriza por ser absolutamente inerte a casi todos los agentes químicos e insoluble en cualquier solvente.
- Tiene uno de los coeficientes de fricción más bajos de cualquier material sólido.
- Alto nivel de comportamiento en aplicaciones mecánicas.
- Energía de superficie sumamente baja en estado sólido.
- Superficie excelente con capacidad de no – adhesión y no húmeda.
- Puede ser utilizado en temperaturas continuas de hasta 260º C.
- Retiene sus propiedades después de la exposición a temperaturas altas.
- Cuando se expone a los químicos, no se degrada.
- Es inerte a los ácidos minerales fuertes, bases inorgánicas, agentes oxidantes inorgánicos y a las mezclas de estos compuestos.
- Predomina como material aislante.
- Sus propiedades son relativamente inafectables por muy extremas que sean las condiciones de desgaste.
- Mantiene sus propiedades después de un largo periodo de trabajo, incluso a temperaturas elevadas y en la presencia de aceites, solventes, rayos ultravioleta, agentes oxidantes y otros agentes del medio ambiente.
Teflón con fibra de vidrio
El agregado de fibra de vidrio al Teflón mejora las características al desgaste, pero tiene escasa resistencia contra productos alcalinos y es fácilmente atacado por el ácido fluorhídrico.
Propiedades del teflón con fibra de vidrio
- Aumento de fuerza compresiva.
- Aumento de rigidez.
- Aumento de resistencia al desgaste.
- Reducción de fluidez en frío.
- Resistencia a solvente orgánico.
Principales Aplicaciones del teflón con fibra de vidrio
Las princpales aplicaciones del teflón con fibra de vidrio:
- Cojinetes
- Anillos en V
- Juntas
- Asientos para válvula
- Oring’s
- Anillos de refuerzo
- Sellos hidráulicos
Teflón con bronce
La combinación de bronce con Teflón tiene las mejores características de resistencia al desgaste y buena conductividad térmica, pero posee baja resistencia química y reducidas propiedades eléctricas.
Propiedades de teflón con bronce
- Aumento de fuerza compresiva.
- Aumento de dureza.
- Aumento de resistencia de desgaste.
- Mejoramiento de conductividad térmica.
- Reducción de fluidez en frío.
Principales Aplicaciones del teflón con bronce
Las principales aplicaciones del teflón con bronce son:
- Bujes y cojinetes en equipos mecánicos
- Rodillos en la industria textil
- Empaquetadura hidráulica
- Rótulas
- Bujes
Teflón con bisulfuro de molibdeno
Se agrega para mejorar el coeficiente de fricción, tiene resistencia al desgaste, buena elasticidad, baja reacción a los químicos, varían sus propiedades eléctricas.
Propiedades del bisulfuro de molibdeno
- Es utilizado en sellos dinámicos anillos de sello, anillo para pistón
- Bujes donde existan condiciones de humedad alta
- Cojinetes para bombas sumergidas en ácidos
- Máquinas envasadoras de alimentos
Teflón con carbón
El carbón mejora en grado considerable las características de desgaste y deformación por carga, aumenta la conductividad térmica y deja prácticamente inalterable la resistencia química pero se modifican sustancialmente las propiedades eléctricas.
Propiedades del teflón con carbón
- Aumento de fuerza compresiva
- Aumento de dureza
- Aumento de resistencia al desgaste
- Mejoramiento de conductividad térmica
- Propiedades buenas de operación sin agregarle lubricantes
- Reducción del coeficiente de fricción
- Mejoramiento de propiedades corredizas
Principales aplicaciones de teflón con carbón
- Bujes y cojinetes en equipos mecánicos
- Rodillos en la industria textil
- Empaquetadura hidráulica
- Rótulas
- Bujes
- Asientos para válvula
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