Semana 3: métodos empíricos de caracterización de materiales

Tomando como base documentos del Instituto Mexicano del Plástico Industrial (IMPI) del Centro Empresarial del Plástico (CEP), les propongo que empecemos a estudiar el tetraedro de la ciencia e ingeniería de los materiales de forma muy práctica.

Generalidades 

La ciencia e ingeniería de materiales muchas veces enfrenta el reto de analizar un nuevo material plástico (polímero), o de considerar una posible sustitución de éste (por ejemplo: una que reduzca el impacto ambiental en su producción y/o procesamiento) o el del reciclado de desperdicios plásticos. A manera de introducción, vamos a compartir información basada en un seminario dirigido a industriales, sobre métodos sencillos que permitan identificar polímeros en forma preliminar. 

Se consideran tres métodos fundamentales para la identificación de materiales poliméricos:

  1. Método empírico
  2. Método químico
  3. Métodos instrumentales

Como su nombre lo indica, el método empírico emplea pruebas sencillas (doblar, quemar, oler, etc.) para tratar de obtener información que rápidamente nos ayude a determinar el tipo de polímero en forma de pellets o el utilizado en una pieza ya procesada.

Si en verdad se quiere desarrollar ingeniería, los métodos químicos e industriales nos darán información confiable para determinar el tipo de polímero empleado, con la posibilidad de determinar la composición, aditivos y propiedades específicas. 

La secuencia de aplicación de los métodos en la industria se realiza en estricto orden: empíricos -> químicos -> instrumentales. ¿Cuál se imaginan que puede justificar dicho orden? Exacto: la industria no invierte en desarrollo (han corrido con la suerte de saber poco de materiales y de tener proveedores muy buenos de resinas y aditivos).

Método empírico

La clave es obtener información rápida, que ayude al industrial a tomar decisiones sin consultar al ingeniero de materiales. Lo clasifican de la siguiente forma:

  1. Apariencia física
  2. Densidad
  3. Comportamiento a la flama

Apariencia física

Existen dos tipos de pruebas que determinan i) las propiedades mecánicas y ii) las propiedades ópticas, clasificadas como de “apariencia física”.

En el caso de las propiedades mecánicas, se evalúa el grado de resistencia a la flexión (al doblar una muestra del material), para clasificarlos de la siguiente forma:

  1. Plásticos rígidos
  2. Plásticos semi-rígidos
  3. Plásticos flexibles

Las propiedades ópticas son evaluadas al hacer pasar un haz de luz a través de la muestra del material, para determinar si son:

  1. Plásticos transparentes
  2. Plásticos translúcidos
  3. Plásticos opacos

Es importante considerar, que al analizar muestras de producto terminado (piezas o prototipos), las propiedades evaluadas en los métodos empíricos de apariencia física hayan sido modificados por los aditivos (cargas, plastificantes y pigmentos) incorporados para facilitar su procesamiento o mejorar sus características.

Densidad

Los industriales emplean un diagrama secuencial para la determinación de densidad de los plásticos:

Figura 1. Determinación empírica de densidad de un plástico.

Comportamiento a la flama

Ahora que lo pienso, no debe ser una estrategia muy segura hacer arder un material, pero el industrial quiere resultados rápidos. Su comportamiento a la combustión puede dar información acerca de las siguientes características:

Figura 2. Clasificación de los plásticos de acuerdo a su comportamiento a la flama.

La actividad para esta semana será realizar las pruebas propuestas por este método y compararlas con las tablas de referencia. Las evidencias se reportarán de la siguiente manera:

En dichas publicaciones sólo será importante reportar con video o fotografías de las muestras, la forma en que se realizó el experimento. Por separado se hará un reporte para registrarlo en su cuaderno donde se tratará de determinar el tipo de polímero (plástico) que fue utilizado para la manufactura de la pieza analizada.