UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICACURSO: INGENIERIA DE MATERIALES II III EXAMEN Grupo-A1. Defina los materiales polimricos: a) plsticos y b) elastmeros.El trmino plstico en su significacin ms general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporacin y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de materiales sintticos obtenidos mediante fenmenos de polimerizacin o multiplicacin semi-natural de los tomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgnicos derivados del petrleo y otras sustancias naturales.La palabra plstico se us originalmente como adjetivo para denotar un escaso grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva en el trmino plasticidad.Elastmero: material que a temperatura ambiente se alarga bajo un esfuerzo pequeo por lomenos al doble de su longitud, y recobra rpidamente casi su misma longitud original cuando elesfuerzo cesa.2. Defina un termoplstico.Material plstico que debe ser calentado para darle forma (plstico) y que al enfriarse mantiene su forma. Los termoplsticos estn compuestos de polmeros de cadena con enlaces de tipo dipolar permanente secundario entre las cadenas. Los termoplsticos pueden ablandarse repetidamente al ser calentados, y endurecerse cuando se enfran. Los termoplsticos tpicos son polietilenos, vinilos, acrlicos, celulsicos y nailon3. Describa el arreglo estructural atmico de los termoplsticos.La mayora de los termoplsticos estn constituidos por cadenas principales muy largas de tomos de carbono, enlazados entre s en forma covalente. Algunas veces, se enlazan tambin tomos de nitrgeno, oxgeno o azufre en forma covalente con la cadena molecular principal. Los tomos o grupos de tomos adheridos estn enlazados de forma covalente a los tomos de la cadena principal. En los termoplsticos, las largas cadenas moleculares estn ligadas entre s por enlaces secundarios.

4. Qu tipo de tomos se enlazan entre s en las cadenas moleculares termoplsticos? Los tomos o grupos de tomos adheridos estn enlazados de forma covalente a los tomos de la cadena principal. En los termoplsticos, las largas cadenas moleculares estn ligadas entre s por enlaces secundarios.Cules son as valencias de estos tomos en las cadenas moleculares?

Unenlace carbono-carbonoes unenlacecovalenteentre dostomosdecarbonoen uncompuesto orgnicoo unaltropo de carbono.1La forma ms comn es elenlace simple- un enlace compuesto por doselectrones, uno de cada uno de los dos tomos. El enlace simple carbono-carbono es unenlace sigmay se forma entre un orbitalhbridode cada uno de los tomos de carbono. En el etano, los orbitales sonsp3, pero tambin pueden existir enlaces simples formados por tomos de carbono con otras hibridaciones (por ejemplo,sp2asp2). En efecto, los tomos de carbono en el enlace simple no necesitan ser de la misma hibridacin. Los tomos de carbono tambin pueden formarenlace doble, constituyendoalquenos, oenlace triple, enalquinos. Un enlace doble est formado con un orbital hbridosp2y un orbitalpque no est involucrado en la hibridacin. Un enlace triple est formado con un orbital hbridospy dos orbitalespde cada tomo. El uso de los orbitalespforma unenlace pi.El carbono tiene la caracterstica nica entre todos los elementos de formarcadenaslargas y estables de sus propios tomos, una propiedad llamadacatenacin. Esto, junto con lafuerzadel enlace carbono-carbono da origen a un nmero enorme de formas moleculares, muchas de las cuales son importantes elementos estructurales de la vida, as loscompuestos de carbonotienen su propio campo de estudio: laQumica orgnica.

Los electrones libres se forman en cada extremo de la molcula y pueden enlazarse en forma covalente con los electrones libres de otras molculas. Obsrvese que el enlace covalente doble que se forma entre los tomos de carbono ha sido reducido a un enlace sencillo. b) Notacin de lnea recta. Los electrones libres que quedan en los extremos de la molcula se indican por medios enlaces que estn unidos solamente a un tomo de carbono.

5. Defina los plsticos termofijos.Material plstico que resulta de una reaccin qumica por la accin de calor, catlisis, etc., lo cual da lugar a una estructura macromolecular reticular entrecruzada. Los plsticos termofijos no pueden ser fundidos y reprocesados de nuevo puesto que cuando se calientan se degradan y descomponen. Los plsticos termofijos tpicos son los fenlicos, polisteres insaturados y epxicos.6. Cules son algunas de las razones del gran incremento en los diseos de ingeniera mecnica?Los plsticos son materiales de ingeniera importantes por mltiples razones. Tienen una amplia variedad de propiedades, de las cuales algunas son imposibles de obtener con cualquier otro material, y en la mayora de los casos su costo es relativamente bajo

7.Cules son algunas ventajas de los plsticos cuando se usan en los diseos de ingeniera mecnica?. El uso de los plsticos en diseos de ingeniera mecnica ofrece mltiples ventajas, entre las que se incluyen: ahorro de partes debido al diseo de ingeniera con plsticos, menos operaciones de acabado, simplificacin del ensamble, menor peso, reduccin de ruido y, en ciertos casos, la nonecesidad de lubricar algunas partes.

8.-Cules son algunas ventajas de los plsticos cuando se usan en los diseos de ingeniera elctrica?. Los plsticos tambin son muy tiles para diversos diseos de ingeniera elctrica, principalmente por sus excelentes propiedades aislantes. Las aplicaciones elctricas y electrnicas de los materiales plsticos incluyen conectores, interruptores, rels, unidades de sintonizacin de TV, formas para bobinas, tableros de circuitos integrados y componentes de computadora

9.-Cules son algunas ventajas cuando se usan en los diseos de ingeniera qumica?No son corrosivos10.-Defina los siguientes trminos : a) polimerizacin en cadena, b)monmero y c) polmero.a) compuesto de alta masa molecular cuya estructura consta de un grannmero de pequeas unidades que se repiten llamadas meros. Los tomos de carbono forman la mayora de los tomos de la cadena principal en la mayora de los polmeros.b) Monmero: compuesto molecular simple que puede estar enlazado covalentemente para formar largas cadenas moleculares (polmeros). Por ejemplo: etileno.c) Polmero de cadena: compuesto de alta masa molecular cuya estructura consta de un gran nmero de pequeas unidades que se repiten llamadas meros. Los tomos de carbono forman la mayora de los tomos de la cadena principal en la mayora de los polmeros.

GRUPO-B

11. Describa la estructura de los enlaces entre una molcula de etileno, empleando:a) La notacin cruzada electrn-punto y b) la notacin de guiones para los electrones de enlace.

12. Escriba reaccin qumica general para la polimerizacin en cadena del monmero etileno a fin de formar un polmero lineal de polietileno.

C=C -C-C-

13. Cul es el nombre de la unidad qumica que se repite en una cadena de polmeros?MERO14. Defina la polimerizacin de una cadena de polimerizacin?Polimerizacin en cadena: mecanismo de polimerizacin por el cual cada molcula de polmeroaumenta de tamao con rapidez una vez que el crecimiento comienza. Este tipo de reaccin sepresenta en tres pasos:

15. Cules son las tres principales reacciones que ocurren durante la polimerizacin en cadena?1) inicio de la cadena, 2) propagacin de la cadena y 3) terminacin de la cadena. El nombre implica una reaccin en cadena y usualmente lo inicia una fuente externa.Ejemplo: la polimerizacin en cadena del etileno en polietileno.16. Cul es l funcin del iniciador para la polimerizacin en cadena?

FUNCIONA COMO UN CATALIZADOR

17. Escriba una reaccin para el radical libre R-CH2-Ch2- con una molcula de etileno para extender el radical libre. Qu tipo de reaccin es esta?

18. Cules son los dos mtodos por medio de los cuales una reaccin de polimerizacin en cadena lineal pueda finalizar?a) Adicin de un radical libre finalizador o cuando se combinan dos cadenasb) Otra forma es adicionando cantidades insignificantes de impurezas para finalizar el crecimiento de la cadena

19. Por qu se debe considerar el grado de polimerizacin promedio y el peso molecular promedio de un material termoplstico?Porque el clculo se hace tomando en cuenta el peso molecular promedio y la suma de fracciones de peso dentro un rango de pesos moleculares20. Defina el peso molecular promedio de un termoplstico? M m = f M / f

GRUPO-C

21. Escriba una reaccin general para la polimerizacin de un polmero tipo vinilo?

22. Escriba la frmulas estructurales para los meros de los siguientes polmeros de vinilo:a) Polietileno, b) policloruro de vinilo, c) polipropileno, d) poliestireno, e) policrilonitrilo Y f) poliacetato de viniloARRIBA23. Escriba una reaccin general para la polimerizacin de un polmero de vinilideno.

24. Distinga entre un homopolmero y un copolmero.

Los homopolmeros son materiales polimricos que consisten en cadenas de polmeroformadas por unidades sencillas que se repiten. Esto significa que si A es una unidad que serepite, una cadena del homopolmero tendr una secuencia de AAAAAAA en la cadenamolecular del polmero

Los copolmeros, en contraste, consisten en cadenas de polmeroformadas por dos o ms unidades qumicamente diferentes que se repiten y que pueden estar en distintas secuencias.

25. Ilustre los siguientes tipos de copolmeros empleando crculos llenos y abiertos para representar sus meros: a) aleatorio, b) alternado, c) en bloque, y d) injerto.

26. Describa e ilustre los siguientes procesos de polimerizacin : a) en masa, b) solucin, c) suspensin y d) emulsin.Polimerizacin en masa (figura 10.12a). El monmero y el iniciador se mezclan en unreactor que se calienta y se enfra segn se requiera. Este proceso se usa ampliamentepara la polimerizacin por condensacin donde un monmero puede cargarse en elreactor y el otro se aade lentamente. El proceso en masa puede utilizarse para mltiplesreacciones de polimerizacin por condensacin en virtud de que sus calores de reaccinson bajos.Polimerizacin en solucin (figura 10.12b). El monmero se disuelve en un disolvente o reactivo que contiene un iniciador. El calor desprendido por la reaccin es absorbido por el disolvente y, por tanto, la velocidad de reaccin se reduce.

Polimerizacin en suspensin (figura 10.12c). El monmero se mezcla con un iniciadory luego se dispersa como una suspensin en agua. En este proceso, el calordesprendido por la reaccin es absorbido por el agua. Despus de la olimerizacin, el producto polimerizado se separa y se seca. Este proceso se usa comnmente para producir gran nmero de polmeros de tipo vinilo, como policloruro de vinilo, poliestireno, poliacrilonitrilo y polimetilmetacrilatoPolimerizacin en emulsin (figura 10.12d). Este proceso de polimerizacin es similar al proceso de suspensin porque se lleva a cabo en agua. Sin embargo, se aade un emulsionante para dispersar el monmero en partculas muy pequeas.

27. Cules son algunas aplicaciones del polipropileno?Las principales aplicaciones del polipropileno son enseres domsticos,componentes de aparatos electrodomsticos, empaques, material de laboratorio y frascos dediversos tipos. En la industria del transporte, los copolmeros de polipropileno de alto impactohan reemplazado a los cauchos duros como cubiertas de acumuladores. Otras resinas similaresse usan como recubrimientos de salpicaderas y protectores contra salpicadurasEscriba la reaccin general dela polimerizacin de poliestireno a partir de estireno?28. Escriba la reaccin general de la polimerizacin de poliestireno a partir del estireno

http://htwins.net/scale2/lang.html29. Cules son algunas aplicaciones del poliestireno?Aplicaciones Entre sus aplicaciones tpicas figuran partes interiores de automviles, carcasas de aparatos electrodomsticos, cuadrantes, perillas y enseres domsticos.30. Cul es la unidad estructural qumica que se repite en el policrilonitrilo?

En hoja aparte

GRUPO-D

31. Qu son las resinas SAN? Qu propiedades deseables tienen los termoplsticos SAN? Cules son algunas aplicaciones de los termoplsticos SAN?Los termoplsticos de estireno acrilonitrilo son miembros de la familia del estireno que tienen alto rendimiento.Estructura y propiedades Las resinas SAN son copolmeros aleatorios amorfos de estireno y acrilonitrilo. Esta copolimerizacin origina polaridad y fuerzas de atraccin por el enlace de hidrgeno entre las cadenas del polmero. Como resultado, las resinas SAN tienen mejor resistencia qumica, temperaturas de deformacin por calor ms altas, mayor dureza y mejores caractersticas de capacidad de carga que el poliestireno solo. Los termoplsticos SAN son rgidos y duros, se procesan fcilmente y tienen el brillo y la transparencia del poliestireno.

Aplicaciones Las principales aplicaciones de las resinas SAN son en lentes de instrumentos automotrices, componentes del tablero de instrumentos y paneles de apoyo con carga de vidrio; perillas de aparatos electrodomsticos, y recipientes de licuadoras y batidoras; jeringas mdicas y aspiradores sanguneos; acabados vtreos de seguridad para construcciones yenseres domsticos como vasos y tazas.

32. Qu significan las letras A, B y S en el termoplstico ABS?ABS es el nombre que se da a una familia de termoplsticos. Las siglas se refieren a los tres monmeros utilizados para producir el ABS: acrilonitrilo, butadieno y estireno. Los materiales ABS son importantes por sus propiedades para la ingeniera, como su buena resistencia mecnica y al impacto, combinadas con su facilidad de procesamiento.33. Cules son alguna aplicaciones de los plsticos ABS?Aplicaciones El uso principal del ABS es en tuberas y accesorios, sobre todo de desage yventilacin para edificios. Otras aplicaciones del ABS son las partes automotrices, piezas de aparatos electrodomsticos como revestimientos para puertas e interiores de refrigerador, mquinas de oficina, cajas y cubiertas de computadora, carcasas de telfono, portacables elctricos y blindajes contra interferencias electromagnticas de adiofrecuencias.

34. Cules son algunas aplicaciones importantes del PMMA que lo hace un plstico importante industrial?Aplicaciones Los PMMA se usan en ventanillas de aviones y barcos, tragaluces, alumbrado exterior y anuncios publicitarios. Otros usos incluyen cristales de luces traseras, escudos de seguridad, gafas protectoras, perillas y manijas.35. Defina un plstico de ingeniera. Por qu es arbitraria esta definicin?En esta seccin sern analizados algunos aspectos importantes de la estructura, propiedades y aplicaciones de los termoplsticos utilizados en ingeniera. La definicin de un plstico de ingeniera es arbitraria puesto que virtualmente no hay un solo plstico que no pueda ser considerado en cierta forma como un plstico de ingeniera. En este texto se considerar comotermoplstico de ingeniera el que tenga un balance de propiedades que lo hagan especialmente til para aplicaciones de ingeniera. En esta exposicin, las siguientes familias de termoplsticoshan sido seleccionadas como termoplsticos de ingeniera: poliamidas (nailon), policarbonatos, resinas de fenileno basadas en xido, acetales, polisteres termoplsticos, polisulfona, sulfuro de polifenileno y polieterimida36. Cul es la frmula estructural del enlace amida en los termoplsticos? Cul es el nombre general de los termoplsticos de poliamida?

Las poliamidas o nailon son termoplsticos que se pueden procesar fundidos y cuya estructura de la cadena principal incluye un grupo amida en forma repetida. Los nailon son miembros de la familia de los plsticos de ingeniera y ofrecen una capacidad de carga superior a temperaturas

37. En la designacin nylon 6,6 Qu significa 6,6?El nylon se llama nylon 6.6, porque cada unidad repetitiva de la cadena polimrica, tiene dos extensiones de tomos de carbono, cada una con una longitud de seis tomos de carbono. Otros tipos de nylon pueden tener diversos nmeros de tomos de carbono en estas extensiones.38. Cules son alguna aplicaciones de Ingeniera delos nylons?Aplicaciones Las aplicaciones de los nailon se hacen en casi todas las industrias. Entre losusos comunes estn la fabricacin de piezas antifriccin, engranajes y cojinetes que norequieren lubricacin, piezas mecnicas que deben funcionar a altas temperaturas y serresistentes a hidrocarburos y disolventes, partes elctricas sometidas a altas temperaturas partes de alto impacto que requieren resistencia y rigidez. Las aplicaciones automotricesincluyen velocmetros y engranajes para limpiadores de parabrisas y abrazaderas de ajuste. El nailon reforzado con vidrio se usa en paletas de ventilador de motor, recipientes para el fluido de frenos y de servodireccin, tapas de vlvulas y cubiertas de la columna de direccin. Las aplicaciones elctricas y/o electrnicas incluyen conectores, enchufes, aislantes de alambre para conexiones, monturas de antena y terminales. El nailon se usa tambin en empaques y para aplicaciones de uso general.

39. Cul es la unidad estructural qumica que se repite en los policarbonatos? Cul es el enlace carbonato? Cules son los nombres comerciales comunes de los policarbonatos?

kevlar40. Cules son algunas propiedades de los policarbonatos que lo hacen tiles como termopsticos de ingeniera? Escudos protectores Cascos Cubiertas de rels elctricos Componentes de aviones Hlices de barcos Lentes de semforos Colectores solares Vidrieras para ventanas Herramientas elctricas manuales Aparatos domsticos pequeos Terminales de computadoras

Nombres comerciales: lexan y merlon

PARTE B.- PROBLEMASCUESTIONARIO

1. Un polietileno de alto peso molecular tiene un peso molecular promedio de 410 000 g/mol. Cul es su grado de polimerizacin?

2. Si un tipo de polmero tiene un grado de polimerizacin promedio de 10 000. Cul es su peso molecular promedio?

3. Un plstico ny lon 6,6 tiene un peso molecular promedio de 12 000 g/mol. Calcule el grado de polimerizacin promedio . Peso molecular = 226 g/mol.

4. Calcule e peso molecular promedio Mm de un termoplstico que tiene las siguientes Fracciones en fi para los rangos de peso molecular que aparecen en la lista:

__________________________________________________________________________ Rango de Peso molecular Rango de peso g/mol fi molecular (g/mol) fi _______________Mi_____________________________________Mi______________________ 0 - 5 000 2500 0.01 20 000-25 000 22500 0.19 5 000-10 000 7500 0.04 25 000-30 000 27500 0.21 10 000-15 000 12500 0.16 30 000-35 000 32500 0.15 15 000-20 000 17500 0.17 35 000-40 000 37500 0.07 ________________________________________________________________________

5. Un copolmero est constituido por 70 % en peso por poliestireno y 30 % en peso por poliacrilonitrilo. Calcule la fraccin mol de cada componente en este materialUn copolmero est formado por 15% en peso de poliacetato de vinilo (PVA, porsus siglas en ingls) y 85% en peso de policloruro de vinilo (PVC). Determine lafraccin de cada componente.

Solucin

Si se parte de una base de 100 g de copolmero, entonces se tienen 15 g de PVA y 85 g de PVC. Primero se determina el nmero de moles de cada componente que se tiene y luego se calculan las fracciones mol de cada uno.

Moles de poliacetato de vinilo. El peso molecular del mero de PVA se obtiene sumando las masas atmicas de los tomos, de acuerdo con la frmula estructural para el mero de PVA (figura EP10.3a):

4 tomos de C 12 g / mol 6 tomos de H 1 g / mol + 2 tomos de O 16 g / mol = 86 g / mo 15 gNmero de moles de PVA en 1oo gr de copolimeroe = 15/86

Moles de policloruro de vinilo. El peso molecular del mero de PVC se obtiene de la figura PE10.3b.

2 tomos de C 12 g / mol + 3tomos de H 1 g / mol + 1 tomos de Cl 35.5 g / mol = 62.5 g / m

Nmero de moles de PVA en 100 g de copolimero = 85/62.5 = 1.36

Fraccion mol de PVA = 0.174/ (0.174+1.36) = 0.113

Fraccin mol de PVC = 1.36/(0.174+1.36) = 0.887

6. Un copolmero ABS est constituido por 25 % en peso por poliacrilonitrilo, 30 % en peso por polibutadieno y 45 % en peso por poliestireno. Calcule la fraccin mol de cada componente en este material.

PRIMER GRUPO