¿Qué es la temperatura de transición (Tg)?
Temperatura de transición del vidrio (Tg) Se refiere al punto en el que un polímero pasa de un estado duro y vítreo a uno blando y gomoso. Por encima de la Tg, los polímeros se vuelven flexibles y presentan ciertas características de fluidez. Por debajo de esta temperatura, son más rígidos y menos maleables.
Factores que afectan la Tg
Varios factores pueden influir en la Tg en los polímeros.
El peso molecular es un factor clave; los pesos moleculares más altos a menudo conducen a valores de Tg más altos. Fuerzas intermoleculares También influyen. Fuerzas más fuertes dificultan el movimiento de las cadenas de polímeros, lo que eleva la Tg.
Los plastificantes Se pueden añadir para reducir la Tg. Facilitan el deslizamiento de las cadenas. Por otro lado, añadir rellenos puede aumentar la Tg al restringir el movimiento. El historial térmico también es importante. Si un polímero se ha calentado y enfriado muchas veces, la Tg puede variar.
¿Qué es la temperatura de fusión (Tm)?
Al calentar un polímero, las regiones cristalinas pasan del estado sólido al líquido. Este proceso de fusión ocurre a la temperatura de fusión (Tm). Esta temperatura varía entre materiales debido a la estructura cristalina y la fuerza de enlace dentro del polímero. En los polímeros cristalinos, estos patrones están más ordenados, lo que resulta en un punto de fusión preciso.
Influencia del peso molecular y la estructura
El peso molecular de un polímero influye considerablemente en su temperatura de fusión. Los polímeros con alto peso molecular suelen tener una Tm más alta. Esto se debe a que un mayor peso molecular aumenta el entrelazamiento de las cadenas, lo que dificulta su movimiento y fusión.
La estructura molecular también influye. Los polímeros lineales podrían tener una temperatura de transición (Tm) más definida que los ramificados debido a sus cadenas densamente empaquetadas. Perfección cristalina y la alineación de la cadena también afecta a Tm, y una mejor alineación conduce a temperaturas más altas.
La diferencia entre Tg y Tm
| Característica | Temperatura de transición del vidrio (Tg) | Temperatura de fusión (Tm) |
|---|---|---|
| Tipo de cambio | Transición de segundo orden sin cambio de fase; solo cambian las propiedades físicas | Transición de fase de primer orden de sólido a líquido |
| Tipo De Material | Se presenta únicamente en materiales amorfos y semicristalinos. | Se produce en materiales cristalinos. |
| Cambio de estado | Estado de vidrio a estado de caucho sin cambio de fase | De fase sólida a fase líquida |
| Estructura molecular | No hay cambios en la disposición molecular; permanece amorfo | Descomposición completa de la estructura cristalina |
| Reversibilidad | Proceso totalmente reversible | Cambio de fase reversible |
| Rango de temperatura | Generalmente ocurre a temperaturas más bajas que Tm | Generalmente más alto que Tg |
| Factores de influencia | – Estructura química del polímero – Peso molecular – Contenido de plastificante – Flexibilidad |
- Presión – Enlace químico – Forma y tamaño de las moléculas – Empaquetamiento molecular |
| método de medida | Generalmente se mide mediante calorimetría diferencial de barrido. | Medido a presión específica (normalmente presión estándar) |
| Importancia industrial | Crítico en el procesamiento y aplicaciones de polímeros. | Importante para la selección y procesamiento de materiales. |
| Estado fisico | El material permanece sólido pero se vuelve flexible/gomoso. | El material se transforma completamente en líquido. |
| Cambio de energía | Implica un ablandamiento gradual | Implica una transformación de fase completa |
| Impacto de la aplicación | Determina la flexibilidad del material y las condiciones de procesamiento. | Determina la resistencia térmica del material y los límites de procesamiento. |
| Dependencia de la velocidad de calentamiento | Más sensible a los cambios en la tasa de calentamiento | Menos sensible a los cambios en la velocidad de calentamiento. |
Cómo Tg y Tm definen las categorías de polímeros
Termoplásticos vs. Termoestables: La Tg y la Tm ayudan a distinguir estas categorías. Los termoplásticos tienen tanto Tg como Tm y pueden remodelarse varias veces al calentarlos. Sin embargo, los termoestables se reticulan a altas temperaturas, fijando su forma al enfriarse. Presentan una Tg, pero no una Tm típica, ya que no se funden.
Cristalinidad y propiedades: Los polímeros con alta cristalinidad presentan una temperatura de transición vítrea (Tm) clara y definida, y generalmente una mayor resistencia mecánica. Aquellos con mayor contenido amorfo presentan una Tg notable y mayor flexibilidad, pero menor rigidez estructural.
Tg y Tm en la fabricación de moldes
La temperatura de transición vítrea (Tg) y la temperatura de fusión (Tm) son parámetros críticos en los procesos de moldeo por inyección y fundición a presión, ya que influyen directamente en las condiciones de procesamiento y la calidad del producto final. Si la temperatura de procesamiento es inferior a la Tg, el polímero permanece rígido y frágil, lo que limita su flexibilidad y aumenta el riesgo de fractura durante el proceso de moldeo. Esto puede provocar defectos como grietas o un llenado incompleto de la cavidad del molde, lo que en última instancia compromete la integridad de las piezas moldeadas.
Por el contrario, la Tm establece la temperatura máxima necesaria para fundir completamente el polímero, garantizando así que el material fluya correctamente hacia la cavidad del molde. Si la temperatura supera la Tm, el polímero puede degradarse o descomponerse, lo que provoca malas propiedades del material y defectos en el producto final.
Cuando la temperatura de procesamiento se acerca o supera la Tg, las propiedades del material pueden cambiar significativamente. El polímero se vuelve más flexible, lo que permite una mejor deformación sin romperse, lo que mejora las características de flujo y facilita el llenado de moldes con diseños complejos. Sin embargo, las temperaturas elevadas también pueden introducir nuevos mecanismos de degradación, como la oxidación térmica o la escisión en cadena, que pueden afectar negativamente la calidad general de las piezas moldeadas, incluyendo su resistencia mecánica y estabilidad térmica.
Los efectos de la Tg y la Tm van más allá de las temperaturas de procesamiento e influyen en el enfriamiento y los tiempos de ciclo de la operación de moldeo. A medida que la temperatura se aproxima a la Tg durante el enfriamiento, el material pasa de un estado gomoso a uno vítreo, lo que puede afectar la velocidad de enfriamiento y el tiempo de ciclo. Si el enfriamiento es demasiado rápido, puede provocar tensiones internas o deformaciones en el producto final. Por el contrario, si se prolonga el tiempo de enfriamiento, puede favorecer una mejor cristalización en polímeros semicristalinos, mejorando así sus propiedades mecánicas.
Además, la Tg y la Tm influyen en diversas propiedades del material durante el procesamiento, como la conductividad térmica, la claridad óptica y el rendimiento mecánico. Por ejemplo, los polímeros procesados por encima de la Tg suelen presentar mejores propiedades térmicas y mecánicas, ya que pueden absorber mejor las tensiones impuestas durante el moldeo. Esto es especialmente importante en aplicaciones donde el producto final está sujeto a cargas mecánicas o ciclos térmicos.
Los parámetros críticos de procesamiento, influenciados por la Tg y la Tm, incluyen el caudal de inyección, la temperatura de la pared del molde, la presión de empaque y la orientación de las fibras en materiales compuestos. Estos parámetros deben controlarse cuidadosamente para garantizar un flujo adecuado del material, mantener las propiedades físicas deseadas y lograr una calidad constante de la pieza. Por ejemplo, un caudal de inyección óptimo es necesario para llenar el molde eficazmente sin causar defectos como inyecciones cortas o rebabas excesivas.
Las consideraciones de fiabilidad también subrayan la importancia del control de temperatura. Exceder la Tg durante el procesamiento puede introducir nuevos mecanismos de fallo, como una mayor fragilidad o una menor resistencia al impacto, lo que puede afectar negativamente las propiedades eléctricas y mecánicas de las piezas moldeadas. Esto, a su vez, afecta la fiabilidad y el rendimiento a largo plazo del producto final, especialmente en aplicaciones exigentes.
Tg de materiales comunes de moldeo por inyección de plástico
La siguiente tabla enumera las temperaturas de transición vítrea (Tg) en grados Celsius para varios materiales de moldeo por inyección de plástico:
| Material | Tg (° C) |
|---|---|
| Poliestireno de uso general (GPPS) | 100 |
| Polietileno de alta densidad (HDPE) | -120 |
| Polímero de cristal líquido (LCP) | 120 |
| Caucho de silicona líquida (LSR) | -125 |
| Policarbonato (PC) | 145 |
| Polieteretercetona (PEEK) | 140 |
| Polieterimida (PEI) | 210 |
| Metacrilato de polimetilo (PMMA) | 90 |
| Polipropileno (atáctico) (PP) | -20 |
| Polifenilensulfona (PPSU) | 90 |
| Polisulfona (PSU) | 190 |
| Poliestireno sindiotáctico (SPS) | 100 |
Tm de materiales comunes de moldeo por inyección
| Material | Tm (°C) |
|---|---|
| Polietileno (PE) | 120 - 130 |
| Polipropileno (PP) | 160 - 170 |
| El cloruro de polivinilo (PVC) | 75 - 105 |
| Poliestireno (PS) | 240 |
| Policarbonato (PC) | 260 |
| Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) | 220 - 240 |
| Nailon 6 (Poliamida 6) | 220 |
| Nailon 66 (Poliamida 66) | 260 |
| Polieteretercetona (PEEK) | 343 |
| Polímero de cristal líquido (LCP) | 350 - 400 |
| Elastómero termoplástico (TPE) | 230 - 260 |
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