CUESTIONES TEÓRICAS CORRESPONDIENTES AL TEMA 5

1) Superplasticidad

a) Indica algunas caracteristicas y usos de las aleaciones de Ti-Al-VCombinan alta resistencia con buena procesabilidad y baja densidad. Se emplean en aspas de helices, discos de motores y turbinas de aviación. Tambien en equipamientos de procesos quimicos. (GRUPO 8)

b) Indicar las condiciones que se deben cumplir para que un material tenga un comportamiento termoplástico. Estructura de grano muy fina; el metal debe comenzar a deformarse a una temperatura muy elevada (típicamente 0,5 veces su temperatura de fusión); velocidad de conformado o rapidez de deformación durante su procesado muy lenta; la tensión aplicada durante su deformación debe ser muy sensible a la velocidad de deformación; los bordes de grano en la aleación o material superplástico deberán permitir que los granos se deslicen unos sobre otros y giren al aplicarse el esfuerzo externo. (GRUPOS 1, 3, 5)

2) El choque térmico en los materiales cerámicos

a) ¿Cómo se explicaría una fractura por choque térmico cuando existe un progresivo aumento de la temperatura y facilidad de expansión? Al aumentar la temperatura el material se dilata, y lo haría indefinidamente si la conductividad térmica (y su coeficiente de dilatación) fueran infinitos. Dado que ambas cantidades son finitas, el material sólo se dilatará hasta cierto valor máximo (o ritmo máximo). Una vez superado este valor, los enlaces atómicos del material no pueden soportar los incrementos adicionales de energía lo que provocará la ruptura del material. (GRUPO 4)

b) ¿De qué maneras se puede producir choque térmico?

- De manera externa, impidiendo la expansión térmica uniforme; el resultado es equivalente a impedir la expansión libre del material y luego someterlo a compresión excesiva para tratar de devolverlo a su longitud inicial.

- Por factores inherentes al tipo de material, como los gradientes de temperatura creados por enfriamiento rápido como consecuencia de una conductividad térmica finita. La superficie se contrae más que el interior (que se encuentra a mayor temperatura) y “empuja” al interior comprimiéndolo y el interior al tratar de expandirse tira de la superficie traccionándola. Como consecuencia se produce la rotura o fallo térmico (GRUPO 3)

3) Deformación viscosa de vidrios

¿Cómo varía la deformación viscosa de los vidrios? A medida que se incrementa progresivamente la temperatura del vidrio por encima de su temperatura de transición vítrea, la viscosidad del vidrio disminuye y se facilita el flujo viscoso. (GRUPO 7)

4) Mecanismos de endurecimiento de polímeros termoplásticos

a) ¿Cómo varía la resistencia de un material termoplástico según su grado de cristalinidad? La cantidad de cristalinidad de un termoplástico puede afectar a la tensión. Al aumentar este grado de cristalinidad, se aumenta la resistencia, módulo de tensión, elasticidad y densidad del material (estructuras más compactas). Los temoplásticos que pueden cristalizar durante la solidificación tienen una estructura sencilla en sus cadenas moleculares. Los polietilenos y nylon son ejemplos de materiales termoplásticos que pueden solidificar con un elevado grado de cristalinidad en su estructura. (GRUPO 5)

b) Cite algunos de los metodos empleados para el endurecimiento de materiales termoplásticos

- Aumento de la masa molecular promedio de las cadenas- Aumento del grado de cristalinidad- Introducción de grupos laterales voluminosos- Introducción de átomos altamente polares- Introducción de átomos de O, N y S en las cadenas principales- Introducción de anillos fenilos en las cadenas principales- Adición de fibra de vidrio como refuerzo

(GRUPO 8)

5) Procesos de transformación/endurecimiento de los polímeros (I): aditivos

a) El poliuretano celular es un material que nos rodea en nuestra vida cotidiana. Es un polímero que supone la formación de burbujas de gas (CO2) en el seno del sistema líquido que se está polimerizando, proceso en el que es necesaria la estabilización de dichas burbujas. ¿Qué tipo de aditivos se deberán añadir para tal fin?Deberá añadirse un estabilizador térmico con el fin de evitar que las moléculas de CO2 escapen del sistema polimérico, ya que esto haría frágil el polímero. Por otro lado, aprovechamos esta adición para impedir o retardar el deterioro debido a efectos medioambientales. (GRUPO 6)b) ¿Qué aditivos se usan en el procesado del PVC y por qué? Por un lado se emplean los estabilizadores térmicos para evitar que el polímero perdiera H y Cl (en forma de HCl) y se hiciera más frágil. Por otro lado se usan los plastificantes para reblandecer el PVC, ya que este material tiene una transición vítrea muy superior a la ambiente y de lo contrario no podría procesarse fácilmente. (GRUPO 4)

6) Procesos de transformación/endurecimiento de los polímeros (I): moldeado

¿Por qué los polímeros termoestables sólo pueden ser procesados mediante moldeo por compresión y moldeo por transferencia? Para los polímeros termoestables se utilizan pocas técnicas de transformación ya que una vez ocurrida la formación de entrecruzamientos no pueden volver a ser transformados. En este caso, el material de desecho no puede ser reciclado. Esto se debe a las características de este tipo de polímeros como por ejemplo, que están ligados a una estructura 3D. Sin embargo, en polímeros termoplásticos son

posibles otro tipo de procesos de manufactura debido a su comportamiento viscoplástico. (GRUPO 2)

7) Mecanismos de endurecimiento (o reforzamiento) mediante dispersión de los materiales compuestos

a) ¿Qué se entiende por comportamiento tixotrópico? Es aquél que presentan ciertas mezclas sólido-líquido al comportarse como un sólido cuando no se les aplica ningún esfuerzo y fluir como un líquido cuando se les somete a presión. Se logra agitando la aleación durante su solidificación a fin de romper la red dendrítica e introduciendo simultáneamente en ese estado semisólido el material de refuerzo. (GRUPO 3)

b) Características que debe tener un dispersante. Poner un ejemplo. El dispersante debe tener baja solubilidad en la matriz y no reaccionar químicamente con ella, aunque un pequeño grado de solubilidad puede ayudar a mejorar la unión de entre el dispersante y la matriz. Ejemplo: Al2O3 no se disuelve en el Al por lo que el sistema Al2O3 – Al proporciona materiales efectivos endurecidos por dispersión. (GRUPOS 2 y 8)

8) Mecanismos de endurecimiento (o reforzamiento) mediante fibras de los materiales compuestos

a) ¿Cuáles son algunos de los materiales de refuerzo más utilizados a lo largo de la historia? Durante siglos se han utilizado fibras (pajas) para reforzar los ladrillos de barro o adobe. En las estructuras de hormigón se introducen varillas de acero de refuerzo. Las fibras de vidrio en una matriz polimérica se usan en aplicaciones de automoción y aeroespaciales. Se usan fibras de boro, carbono, polímeros y materiales cerámicos en materiales poliméricos, cerámicos, metálicos e incluso en compuestos intermedios (GRUPO 1)

b) ¿Qué factores hay que tener en cuenta a la hora de introducir fibras en la matriz de un material?

1) Las fibras deben estar firmemente unidas al material de la matriz si la carga debe transferirse correctamente de la matriz a las fibras. Si la unión es pobre, las fibras pueden salirse de la matriz durante la carga, reduciendo la resistencia a la fractura del compuesto. En algunos casos, para mejorar la unión se pueden utilizar recubrimientos especiales. Por ejemplo, las fibras de vidrio se pueden recubrir con silano para mejorar la unión y la resistencia a la humedad en compuestos de fibra de vidrio.

2) La similitud de los coeficientes de expansión térmica de las fibras y matriz. Si la fibra se expande y se contrae a una razón muy diferente a la de la matriz, las fibras se pueden romper, o la unión se destruye causando rotura prematura. (GRUPO 2)