Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

Proporcionar los fundamentos termodinámicos y cinéticos que rigen los procesos físicos y químicos relacionados con aspectos microestructurales de los materiales macromoleculares que condicionan su conducta final en cualquier aplicación.

Ohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

La evaluación de la asignatura se llevará a cabo mediante la evaluación continua realizada a lo largo del periodo de impartición de la asigantura. Esta evaluación constará de controles, cuestionarios,entrega de ejercicios y trabajos presentados.

De acuerdo con la normativa EEES se exige la presencia en todas las Actividades superior o igual al 80% (se pasará control de asistencia diario.

La calificación final se obtendrá como suma de las calificaciones obtenidas en la evaluación continua.

RENUNCIA (en convocatoria ORDINARIA):

La renuncia a la convocatoria supondrá la calificación de No Presentado.

Para solicitar la renuncia, el alumno y la alumna, deberá hacerlo vía correo electrónico, 15 días naturales antes de la fecha de terminación de impartición de la asignatura. Este email estará dirigido al responsable del master, poniendo en copia al coordinador de la assignatura.

Ezohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

La convocatoria extraordinaria tendrá lugar en la fecha programada durante el periodo correspondiente a la convocatoaria extraordinaria. Este examen constará de un único examen escrito de toda la asignatura.

RENUNCIA (en convocatoria EXTRAORDINARIA:

La renuncia a la convocatoria supondrá la calificación de No Presentado.

Para solicitar la renuncia, el alumno y la alumna, deberá hacerlo vía correo electrónico, 15 días naturales antes de la fecha de terminación de impartición de la asignatura. Este email estará dirigido al responsable del master, poniendo en copia al coordinador de la assignatura.

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1. Introducción a la Ciencia de Polímeros

De las pequeñas moléculas a las macromoléculas. Los polímeros y el enlace. Síntesis de polímeros: reacciones de polimerización. Peso molecular y distribución de pesos moleculares. Polímeros y plásticos.



2. Estructura de polímeros: escala molecular

Unidades químicas repetitivas. Clasificación y definición: homopolímeros, copolímeros; polímeros lineales, ramificados, reticulados. Conformación (ovillo estadístico, cadena plegada, extendida¿). Volumen libre y volumen ocupado. Configuración (estéreoisomería, isomería cis-trans). Funcionalidad de monómeros y estructura de polímeros.



3. Técnicas de caracterización de la estructura a escala molecular y macromolecular

Análisis de la composición de polímeros. Espectroscopia infrarroja (FTIR). Espectroscopia Raman. Resonancia magnética nuclear (RMN). Determinación de pesos moleculares (Viscosimetría, Osmometría, Cromatografía de exclusión por tamaños-SEC).



4. Estructura de polímeros a escala supramolecular: el estado amorfo

Relaciones termodinámicas. Transición de 1er orden: fusión. Transición de 2º orden: Tg. El estado amorfo. Métodos experimentales de la medida de la Tg: dilatometría, calorimetría diferencial de barrido, método mecánico. Transición vítrea. Factores que afectan a la Tg (peso molecular, estructura química, diluyentes y copolimerización).



5. Cristalinidad en polímeros

Características generales. Difracción de rayos X. Celda unidad en cristales poliméricos. Laminillas. Esferulitas. Morfología de polímeros semicristalinos. Microscopía óptica de luz polarizada. Factores termodinámicos que afectan a la Tm. Factores cinéticos que afectan a la cristalización. Ecuación de Avrami.



6. Polímeros en estado líquido

Flujo simple de cortadura monodireccional: viscosidad y tensiones normales. Comportamiento reológico. Ley de Newton. Comportamiento no newtoniano: pseudoplástico, dilatante, plástico de Bingham. Tixotropía y Reopexia. Reología de fundidos poliméricos. Ley de Ostwald. Efecto del peso molecular en la viscosidad de fundidos. Disoluciones concentradas de polímero. Disoluciones diluidas.



7. Propiedades mecánicas de polímeros

Tres tipos básicos de comportamiento a tracción. Rango de Prop. Mecánicas con respecto a otros materiales de ingeniería. Propiedades mecánicas de los polímeros más comunes a T ambiente. Efecto de la temperatura y de la velocidad de deformación.



8. Propiedades viscoelásticas de polímeros

Cinco regiones de comportamiento viscoelástico. Fluencia. Relajación de tensiones. Principio de superposición tiempo-temperatura. Modelos reológicos del comportamiento viscoelástico: Maxwell, Voigt-Kelvin, modelos de 3 y 4 elementos. Ensayos dinámico mecánicos. Efecto de diversos parámetros del material (estructura química, reticulación, cristalinidad, ¿) en las propiedades viscoelásticas.



9. Fractura y Fatiga en polímeros

Rotura dúctil y frágil. Cristalización y endurecimiento por deformación. Orientación molecular. Fibras poliméricas. Unidades textiles. Rotura frágil. Aplicación de la mecánica de fractura a polímeros: G1c y K1c. Algunos casos de estudio de fractura de polímeros. Efecto de las variables de material en los parámetros de fractura. Polímeros modificados para impacto. Fatiga en polímeros. Curvas S-N. Diseño en fatiga. Mecanismos de rotura por fatiga en polímeros.



10. Otras propiedades de los polímeros

Envejecimiento y degradación. Envejecimiento físico. Envejecimiento térmico. Envejecimiento climático. Biodegradación. Combustión.



11. Familias de materiales plásticos

Termoplásticos. Commodity plastics: PE, PP, PVC, PS Engineering plastics : PA-nylons, poliésteres PET/PBT. Policarbonato. Polímeros acrílicos (PAN, PMMA) y fluoropolímeros (PTFE). Termoplásticos de ingeniería: PEEK, PES, PEI, etc. Materiales termoestables:Resinas fenólicas. Aminoplásticos(UF, MF). Poliésteres termoestables. Resinas epoxi. Poliuretanos. Elastómeros: caucho natural; vulcanización. Cauchos sintéticos: SBR; IR; BR; NBR; CR; EPDM. Elastómeros termoplásticos: copolímeros de bloque, EPM y fluoroelastómeros.



12. Materiales compuestos de matriz polimérica

Fibras y matrices. Clasificación de los materiales compuestos según su estructura. Matrices Termoplásticas y Termoestables; Refuerzos: Fibra de vidrio, grafito, aramida; refuerzos orgánicos; Cargas y Aditivos Consideraciones arquitecturales sobre las fibras de refuerzo. Propiedades mecánicas de los materiales compuestos. Estructuras compuestas. Láminas fibradas. El compuesto laminar. Compuestos celulares.



13. Termodinámica básica. Formación de estructuras. Estabilidad de fases. Separación de fases inducida térmicamente. Potencial químico, interacciones atractivas. Entropía configuracional. Energética configuracional.



14. Termodinámica de soluciones. Estabilidad de fases. Soluciones ideales. Soluciones regulares. Teoría de Flory-Huggins. Criterios termodinámicos de solubilidad.



15. Termodinámica de mezclas poliméricas. Modelo de Flory-Huggins revisado. Criterios termodinámicos de miscibilidad. Modelo binario de interacciones: mezclas homopolímero-homopolímero, homopolímero-copolímero y copolímero-copolímero. Métodos diversos para la evaluación del parámetro de solubilidad. Sistemas con enlaces de hidrógeno. Termodinámica estadística del enlace de hidrógeno, modelo de asociación.



16. Aspectos cinéticos en procesos de mezclado de macromoléculas.



17. Thermodynamics on Self-Assembling of Block Copolymers and their Mixtures with other Polymers. Advanced Polymer Blends.



18. Cinética de procesos de polimerización: polimerización por condensación, polimerización por radicales libres, polimerización iónica. Adquisición y modelización de datos cinéticos: técnicas para la investigación de cinéticas de reacción (DSC, FTIR, RMN, GPC), modelización de datos experimentales.



19. Aspectos termodinámicos y cinéticos en procesos de cristalización: nucleación, difusión y crecimiento. Mezclas miscibles: microestructura, cinética de cristalización. Depresión de la temperatura de fusión.



20. Procesos de deformación: Termodinámica y Cinética. Influencia de aditivos, cargas y otros polímeros en los mecanismos de fractura.



21. Relación entre tensiones y deformaciones. Ley de Hooke generalizada para comportamiento elástico lineal. Coeficientes de rigidez y de flexibilidad. Condiciones de simetría: triclínica, ortotropía, isotropía transversal, isotropía. Planteamiento del problema elástico.



22. Comportamiento elástico de una lámina unidireccional. Relaciones entre las constantes matemáticas y las ingenierirles. Transformación de las constantes elásticas en función del ángulo de orientación de la fibra. Coeficientes de acoplamiento. Predicciones micromecánicas de las constantes elásticas.



23. Resistencia de una lámina unidireccional. Micromecánica del fallo y mecanismos de fallo. Parámetros macromecánicos de fallo. Criterios de fallo: Máxima tensión; máxima deformación; Tsai-Hill; Tsai-Wu.



24 Comportamiento elástico de laminados multidireccionales. Hipótesis de desplazamientos. Deformaciones y tensiones en cada lámina. Fuerzas y momentos resultantes por unidad de longitud. Relaciones generales carga-deformación: coeficientes de rigidez del laminado. Casos particulares de laminados: simétricos, equilibrados y ortótropos.



25. Efectos higrotérmicos. Coeficientes térmicos e higroscópicos en una lámina unidireccional. Relaciones entre tensiones y deformaciones higrotermoelásticas. Coeficientes térmicos e higroscópicos en laminados multidireccionales.



26. Análisis de tensiones y fallo en laminados multidireccionales. Tipos de fallo. Fallo de la primera lámina. Fallo de la última lámina. Micromecánica y fallo progresivo: reducción de la rigidez. Tensiones interlaminares y efectos de borde. Metodología de diseño para materiales composites estructurales. Fractura interlaminar.



Prácticas de laboratorio

1. Laboratorio de polímeros: polimerización, preparación de mezclas.

2. Técnicas de caracterización del peso molecular: viscosimetría capilar.

3. Espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (FTIR)

4. Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

5. Microscopía óptica de luz polarizada

6. Microscopía electrónica de barrido (SEM)

7. Procesos de transformación de termoplásticos: moldeo por compresión, extrusión, inyección.

8. Ensayos dinámico-mecánicos (DMA)

9. Ensayos mecánicos: tracción, flexión.

Bibliografia

Oinarrizko bibliografia

Sperling L. H., An introduction to physical polymer science, Ed. Wiley , NY (1993)

Painter P. C. , Coleman, M.M., Fundamentos de ciencia de polímeros, Ed. Technomic (1996)

Wardi I.M, Hadley D.W., Mechanical properties of solid polymers, Ed. Wiley (1993)

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Hull D., Clyne T.W., An introduction to composite materials, Cambridge solid state science series (1996)

Callister W.D., Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales, Vol. 2. Ed. Reverté, Barcelona (1995)

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Polymer Blends, Vol. 1. Ed. by D.R. Paul and C.B. Bucknall. Wiley & Sons. New York, USA (2000).

Polymer Blends, Vol. 2. Ed. by D.R. Paul and C.B. Bucknall. Wiley & Sons. New York, USA (2000).

An Introduction to Aspects of Thermodynamics and Kinetics Relevant to Materials Science. Ed. by E.S. Machlin. Giro Press, New York, USA (1991).

Thermodynamics of Materials, Vols. I-II. Ed. by D.V. Ragone. Wiley & Sons, New York, USA (1995).

Polymeric Compatibilizers. Uses and Benefits in Polymer Blends. Ed. by S. Datta And D.J. Lohse. Hanser Pub., München, Germany (1996).

Properties of Polymers. Ed. by D.W. Van Krevelen, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands (1994).

Daniel, I.M., Engineering Mechanics of Composite Materials, Oxford University Press, New York(1994).

Gay, D. (1989). Matériaux Composites, Hermes, Paris.

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- Berthelot, J.M. (1996). Matériaux Composites. Comportement Mécanique et Analyse des Structures, Masson, Paris.

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