PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS

Para empezar a entender el comportamiento de un material es estudiar las propiedades mecánicas del mismo. Esto es, comprender cómo se va a comportar el material cuando está sometido a fuerzas mecánicas (o esfuerzos). Investiguemos entonces cuáles son las características que definen los parámetros importantes de los materiales poliméricos.

ENLACES O FUERZAS

Mantienen a los átomos y moléculas unidos, y son los grandes “culpables” de las propiedades mecánicas de los polímeros. Estos enlaces pueden ser entre átomos para formar las moléculas, o entre las mismas moléculas. En general, puede decirse que los enlaces primarios se asocian con las uniones interatómicas, y se resumen en tres tipos: iónico, covalente o metálico. Los enlaces secundarios se refieren a aquellos entre moléculas, y son mucho más débiles que los primarios. Son el enlace de Van der Waals y el puente de hidrógeno, y pueden ser inducidos o permanentes, es decir, durar por un tiempo o para siempre. Cuanto más débiles sean los enlaces entre moléculas, más bajas van a ser, por ejemplo, las temperaturas de fusión y ebullición.

Los polímeros son materiales compuestos de moléculas extremadamente largas con enlaces de Van der Waals y puente de hidrógeno. Cuanto más largas sean estas cadenas, más “pesadas” y capaces de unirse entre sí, más fuerza intermolecular y, por lo tanto, más probabilidad de que sean sólidos a temperatura ambiente.

¿Por qué las resinas que usan las impresoras 3D de esterolitografía son líquidas a temperatura ambiente?

Cristalinidad

Otro tema fundamental en los polímeros. Tal como dijimos en el artículo sobre materiales industriales, las cadenas poliméricas se parecen mucho a fideos muy largos. Cuando vemos en un microscopio una muestra de material de este tipo vemos que tiene partes muy “ordenadas” y rectas, llamadas zonas cristalinas y partes donde las cadenas no siguen una forma ordenada, sino que están entrecruzadas en forma rara, que se las llama zonas amorfas.

Pueden existir polímeros que se consideren amorfos y cristalinos, pero en la realidad siempre predomina una de estas.

Propiedades termomecánicas

Ahora sí, algo que les va a gustar: ¿cómo se comportan los polímeros ante los cambios de temperatura?

Termoplásticos: se ablandan al calentarse y se endurecen al enfriarse. Estos son procesos totalmente reversibles y pueden repetirse. En esto se basa el mecanismo de las impresoras 3D FDM, que funden el plástico que está en forma defilamento (sólido) a la temperatura necesaria, y lo van depositando donde lo indica el software utilizado. Una vez que baja la temperatura, el plástico solidifica en su nueva forma. ¿Cómo pasa esto? Al calentar, las fuerzas de los enlaces secundarios se debilitan (porque la movilidad molecular aumenta), y esto facilita el movimiento relativo de las cadenas adyacentes al aplicar un esfuerzo. Como este proceso es reversible, podemos decir que, hasta un punto (llamado “degradación”) ,es posible reutilizar este plástico y volver a extruirlo. O sea, si tengo desperdicio en una impresora 3D, y logro convertirlo en filamento de nuevo, puedo reutilizarlo en esta máquina.

Termorígidos (o termoestables): son los que, al calentarlos, sólo se logra que se endurezcan. Si sigo aumentando la temperatura, se llega a la temperatura de rotura de estos enlaces, degradando el polímero y haciendo que se rompa. Por lo general son más duros, resistentes y frágiles que los termoplásticos, pero tienen mejor estabilidad dimensional. Este tipo de plásticos, son las resinas que utilizan las impresoras 3D. Materiales que, por ahora, son imposibles de calentar y derretir.

Ahora bien, una pregunta muy importante es, ¿si usáramos un termoplástico en una impresora 3D de estereolitografía, podríamos “derretir” los soportes o las piezas fallidas, y reutilizarlas en la misma máquina?

La respuesta es NO ya que lo que sucede es que la polimerización es un proceso irreversible, sea cual sea el plástico que use.

Una impresora utiliza resina y polimeriza, reacción irreversible y que hoy se hace a partir de termorígidos. Por el contrario, la FDM usa termoplásticos que “derrite” y luego solidifica un polímero ya polimerizado.

Conclusión

Podemos reutilizar el plástico de las impresoras 3D FDM convirtiendolos en filamento que sea nuevamente insumo para este tipo de máquinas, pero no sucede lo mismo con las impresoras 3D de estereolitografía. Sin embargo, ¿por qué no moler los soportes o piezas falladas y usarlo como “relleno” para hacer filamento de la  en una matriz de algún termoplástico?