Materiales no metálicos

Energía. Plásticos. Polímeros. Fustes. Cerámica. Fibras textiles. Materiales compuestos

  • Enviado por: Javi
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 9 páginas
publicidad
publicidad

  • MATERIALS NO METÀL·LICS

  • Els plàstics

  • Polímers i plàstics

  • Plàstics n'hi ha de moltes propietats molt variades: rígids, flexibles, elàstics, transparents, opacs, etc. Cadascuna de les molècules d'etilè amb l'enllaç trencat s'anomena monòmer. La molècula en cadena formada s'anomena polímers. La molècula formada per la unió de molts monòmers d'etilè rep el nom de polietilè.

    Segons el seu origen els polímers poden ser classificats en naturals, artificials i sintètics:

    • Naturals: Cel·lulosa, cautxú...

    • Artificials: obtinguts per modificació dels polímers naturals, cel·luloide, galatita...

    • Sintètics: Obtinguts industrialment a partir dels seus components elementals polietilè, PVC, niló...

    Els plàstics o resines no són més que polímers orgànics, molècules gegants formades per àtoms de carboni juntament amb d'altres d'hidrogen, oxigen i en menor mesura, clor, fluor, nitrogen o silici.

    Propietats més o menys comuns a tots els plàstics:

    • Facilitat per elaborar peces acabades a partir de les matèries primeres.

    • Lleugeresa.

    • Resistència als agents atmosfèrics.

  • Elaboració d'objectes de plàstic

  • Hi ha dues grans etapes: l'obtenció del plàstic a partir de les matèries primeres i la conformació del plàstic per obtenir-ne els objectes o peces definitives.

    La síntesi dels polímers

    Són sintètics, els components elementals s'obtenen bàsicament, del gas natural, petroli i carbó.

    Els processos per a l'obtenció dels polímers industrials es diu polimerització, però hi ha dues formes:

    • Poliaddició, és el procés d'obtenció del polietilè a partir de monòmers d'etilè.

    • Policondensació, consisteix en fer reaccionar químicament el fenol i el formaldehid i es produeix el fenol-formaldehid, conegut com a baquelita.

    Processos de conformació dels polímers

    • Extrusió.

    • Emmotllament per extrusió i bufat.

    • Emmotllament per injecció.

    • Emmotllament per escumeig. La matèria primera ha de contindre un additiu escumejant, se situa dins un motlle i s'escalfa a la temperatura adequada, i per acció de la calor, el plàstic s'infla i augmenta el volum ocupant la totalitat del motlle i formant una massa sòlida, però esponjosa.

    • Emmotllament per buit.

    • Emmotllament per compressió.

    Ç

    • Calandratge.

  • Estructures moleculars dels polímers

  • Els monòmers poden estar units els uns amb els altres formant diferents estructures:

    • Lineal: cadenes llargues i flexibles. El polietilè, poliestirè i PVC.

    • Ramificació: produïda per petites reaccions químiques, i són menys resistents als esforços mecànics.

    • Entrecreuada: una xarxa, i té una gran deformació sense trencar els enllaços.

    • Reticulada: Una xarxa tridimensional més complexa i no permet cap deformació.

  • Els additius

  • Les propietats dels polímers, poden ser modificades afegint-hi substàncies o additius. Els més comuns són:

    • Càrregues: són substàncies minerals o vegetals que milloren la resistència mecànica i la tenacitat, i abarateixen el cost.

    • Plastificants: són substàncies orgàniques que redueixen la duresa i la fragilitat dels polímers, augmentant la ductilitat i la tenacitat.

    • Estabilitzants: són compostos químics que augmenten la resistència dels polímers al deteriorament per l'acció de la radiació ultraviolada i de l'oxidació.

    • Colorants: donen color.

    • Ignífugs: retardadors de flama, dificulten la inflamació.

    • Desemmotllans: són substàncies que faciliten el desemmotllament de les peces de plàstic.

    • Lubricants: milloren el lliscament.

    • Propietats dels polímers

    • Per mesurar les propietats dels polímers, s'utilitzen els assajos de tracció.

      Magnitud

      Metalls

      Polímers

      Unitats

      Mòdul elàstic

      De 48000 a 410000

      De 7 a 4000

      N/mm2

      Resistència al trencament

      Fins a 4100

      Fins a 100

      N/mm2

      Allargament

      < 100%

      Fins al 1000%

      ---

      Segons la manera en que es produeix la deformació, trobem dos models de deformació:

      • Model de deformació elàstic, la deformació es independent del temps que duri l'aplicació de l'esforç. La deformació és instantània i desapareix instantàniament quan l'esforç desapareix.

      • Model de deformació viscós, la deformació es produeix progressivament mentre dura l'aplicació de l'esforç, però quan aquest no s'aplica, la deformació no desapareix.

      Els polímers poden tenir un model de deformació elàstic, viscós o viscoelàstic. La resistència a l'impacte dels polímers es mesura amb l'assaig del pèndol de Charpi o d'Izod. La resistència a la fatiga i el límit de fatiga, tenen un valor menor que els metalls. La resistència a la torsió es proporcional a la de tracció i dures i es mesura igual que els metalls.

    • Classificació dels polímers

    • Propietats i aplicacions dels polímers més comuns

    • Polietilè: Barat, flexible, aïllant tèrmic i resistent a la corrosió, té baixa densitat. S'utilitza el de baixa densitat en bosses i cables elèctrics, el d'alta densitat en ampolles flexibles, tubs,...

      Poliestirè: Aïllant, transparent, barat, resistent a la humitat. S'utilitza d'aïllant tèrmic i acústic.

      Clorur de polivinil: Aïllant elèctric, resistent als àcids. S'utilitza per a canonades, cables elèctrics, ampolles d'oli i aigua, cortines...

      Polimetacrilat de metil: Transparent, mecanitzable, resistent als canvis de temperatures, substituït pel vidre en avions, trens i vaixells i per ulleres protectores.

      Tefló: Incombustible, antiadherent. S'utilitza per a aïllament de cables per a altes temperatures, cintes d'enregistrament...

      Niló: Resistència mecànica, tenacitat. S'utilitza en coixinets, engranatges i mànegues...

      Policarbonat: Tenaç, transparent, resistent a les radiacions ultraviolades. S'utilitza per a fars, cascos de protecció, lents òptiques...

      Resines epoxi: Resistents als esforços mecànics i a la corrosió, dures i barates.

      Resines fenòliques: Dures, rígides, resistents als productes químics, barates. S'utilitza per a circuits impresos.

      Cautxú natural i sintètic (NR, SBR, NBR): Resistència a l'abrasió. S'utilitza en pneumàtics, calçat, mànegues, corretges, juntes...

      Poliuretà: Aïllant tèrmic, escumable. S'utilitza per l'aïllament de frigorífics i habitats, en forma d'escuma per a coixins i proteccions d'embalatges.

      Neoprè: Resistent a l'abrasió, a l'ozó, a la llum i als agents atmosfèrics, olis i benzines, és incombustible. S'utilitza per a revestiments de mànegues i cables, i submarinisme...

      Silicones: Ampli marge de temperatures d'utilització (de 100 ºC a 250 ºC), són aïllants elèctrics i antiadherents per emmotllament...

    • Reciclatge dels polímers

    • Les fustes

    • La fusta està formada per molècules de cel·lulosa reforçades per una substància polimèrica anomenada lignina.

    • Fusta natural

    • S'obté d'un procés de tala i desenbrancatge. Els de fusta tova, són arbres de fulla perenne com l'avet i el pi. Els de fusta dura són arbres de fulla caduca com el roure i el faig.

      Per determinar els diferents comportaments de la fusta es defineixen tres tipus d'eixos de simetria: longitudinal, radial i tangencial.

      La fusta per a que sigui aprofitable, ha de passar per un procés d'assecat, per reduir el seu grau d'humitat, a l'aire lliure o bé en forns d'aire calent.

      Pes de la fusta humida - pes de la fusta seca

      Humitat = x 100

      Pes de la fusta seca

      La fusta quan es va assecant, pateix una contracció que fa augmentar la seva densitat i la seva resistència. La contracció per assecat depèn de la direcció. És molt petita en longitudinal, més important en radial i encara més en direcció tangencial.

      La fusta més porosa absorbeix la humitat i es atacada per fongs i insectes, per evitar-ho es fan servir vernissos i pintures.

    • Fusta artificial

      • Taulers de xapes (contraplacats). Encolant xapes de fusta natural en angles de 90º. És molt resistent i molt decoratiu.

      • Taulers de partícules (aglomerats). Formats per partícules amb una grandària i encolades. Són menys resistents i no suporten bé la humitat.

      • Taulers de fibres (Tablex i DM). El tablex està format per fibres de fusta que són premsades humides i sense encolar. El DM esta premsat en sec i encolat amb resina sintètica formant làmines que després es tornen a premsar en calent.

      • Taulers de llistons (enllistonats). Format a partir de llistons de fusta tova encolats lateralment amb resines sintètiques.

      • Xapes naturals. S'obtenen talls tangencials del tronc utilitzant esmolades fulles, i s'obtenen amb un gruix de 1,6 i 3,2 mm.

      • Xapes sintètiques. S'obtenen de melamina-formaldehid.

    • Les ceràmiques

    • Ceràmica vol dir cosa cremada, un material que requereix una cocció prèvia. Els productes d'argila cuita utilitzats en la construcció hi ha tipus com les vitroceràmiques... Les ceràmiques són materials formats per combinacions d'elements metàl·lics i no metàl·lics units per enllaços iònics.

    • Propietats de les ceràmiques

    • Les propietats comunes a totes les ceràmiques: fràgils, dures, poc resistents a la tracció, molt resistents a la compressió, baixa conductivitat tèrmica, elevada temperatura de fusió i molt baixa conductivitat elèctrica. Tenen una gran aïllament elèctric, i en l'electrònica s'utilitzen per als condensadors.

      Les ceràmiques s'utilitzen per construir aïlladors ja que tenen una rigidesa dielèctrica molt gran. La rigidesa dielèctrica és la tensió per unitat de longitud que pot suportar un material aïllat sense que hi hagi circulació de corrent elèctric i es mesura en kV/mm.

    • Classificació de les ceràmiques

    • Argiles

      Es troben fàcilment a la natura i en afegir aigua es transformen en una massa plàstica a la qual es pot donar molt fàcilment la forma desitjada. Les porcellanes contenen 50% d'argila, 25% de quars i 25% de feldespat. Hi ha dos processos molt utilitzats en la conformació d'argiles: l'extrusió i l'emmotllament en barbotina.

      Ciments

      El ciment pòrtland, el guix i la calç, en ser barrejats amb aigua donen lloc a una massa plàstica com el cas de l'argila, i després d'un cert temps pren i s'endureix.

      A diferència de l'argila, l'enduriment d'alguns ciments no es produeix per evaporació i cocció, sinó per complexes reaccions químiques del material amb l'aigua.

      Refractaris

      Suporten altes temperatures sense fondre's, no reaccionen químicament amb els elements i produeixen un gran aïllament tèrmic. Segons el predomini d'un componen es coneixen com a refractaris d'argila (si hi ha predomini d'alúmina), àcids (si hi predomina la sílice) o bàsics (si hi predomina la magnèsia).

      Vidres

      Materials ceràmics formats per la fusió de sílice amb altres òxids i tenen una estructura de sòlid amorf. En temp. ambients poden ser considerats líquids d'una gran viscositat, amb gran transparència, fragilitat i duresa.

      Vidre laminat

      Vidre bufat

      Abrasius

      Són materials capaços de polir, esmolar, i tallar acers, metalls, roques i altres materials durs. El material més dur és el diamant, però és car i fràgil per a moltes aplicacions, les més usuals es formen a partir de carbur de silici, alúmina fosa,...

    • Les fibres tèxtils

    • Són útils per a roba de vestir, tapissats, etc. La principal aplicació és la filatura i el tissatge.

    • Classificació de les fibres tèxtils

    • Propietats i aplicacions

        • Resistència a la tracció

        • Elasticitat

        • Uniformitat

        • Higroscopicitat

        • Aïllament tèrmic

        • Suavitat al tacte

        • Resistència als productes químics

    • Els materials compostos

    • Estan formats per dos o més materials de composició, forma i grandària diferent, sense que hi hagi combinació química entre ells. Alguns materials compostos més utilitzats són el formigó, les resines polimèriques reforçades amb fibres i els contraplacats i emparedats.

    • Formigó

    • És un material compost per ciment pòrtland, sorra i grava. Presenta una alta resistència a la compressió, però una baixa resistència a la tracció. Per augmentar la resistència a la tracció del formigó, se li afegeix unes barres o malles d'acer, i obtenim el formigó armat.

      El formigó pretesat, que consisteix en sotmetre les barres d'acer a un esforç de tensió i llavors es deixa que el formigó prengui i s'endureixi, i un cop endurit, es retira l'esforç de les barres.

    • Resines reforçades amb fibres

    • Són formats per fibres que aporten resistència a la tracció i rigidesa situades a l'interior d'una massa de resina polimèrica que aporta tenacitat. Les més utilitzades són la de vidre, carboni i kevlar.

      La de kevlar està formada per poliamida amb una estructura molecular molt rígida.

    • Contraplacats i emparedats

    • Són dues tècniques d'elaboració de materials compostos que tenen com a objectiu comú l'obtenció de materials lleugers, rígids i resistents.

      La fusta contraplacada consisteix en encolar diferents làmines primes de fusta de tal manera que formen un angle de 90º i tindrem un material lleuger i resistent.

      82

      Del fruit o llavor: cotó, coco

      Vegetals De la tija: lli, cànem, jute

      De la fulla: espart, pita

      D'ovelles: llana

      Animals De cabres: moher, caixmir

      De conills: angora

      Naturals Altres: seda, alpaca, cavall

      Fibres

      Minerals amiant

      Raió-cuproamoniacal

      Artificials raió Raió-viscosa (fiabrana)

      Raió-acetat

      Poliamildes: niló, perló

      Sintètiques Polièsters: tergal

      Poliacrilonitrils

      Poliuretans

      Vidre pla

      Atmosfera controlada

      Forn Refredament

      Radial

      Tangencial

      Longitudinal

      Roure Sapel·li Castanyer Til·ler

      Dura Noguera Freixe Cirerer Faig

      Natural

      Pi Avet

      Tova Cedre Teix

      Xiprer

      Fusta

      Contraplacada

      De partícules

      Artificial Aglomerada Sense resina (Tablex)

      De fibres

      Enllistonada Amb resina (DM)

      Petroli i gas natural Refineria Energia

      Carbó i quitrà Indústria de plàstics Ind. especialitzades

      Residus plàstics Granulats i pols Granulats de

      Combustible sòlid

      1

      Matèries primeres Indústria de Incineració

      i secundàries transformació

      3 4

      Granulació Productes acabats Piròlisi

      5

      2 Plàstics usats Prod. Domèstics Agricultura, Residus Abocador

      Recuperació indústria de plàstic controlat

      Resina epoxi (Araldite)

      Cianocrilats

      Adhesius Poliacetat de vinil

      Poliamides (Niló)

      Fibres Poliesters

      Acrílics

      Polímers

      Resines alcídiques Nitrocel·lulosa

      Pintures Resines epoxi Cel·lulòsics Acetat de cel·lulosa

      Poliuretà

      Polietilè de baixa densitat

      Vinílics Polietilè d'alta densitat

      Termoplàstics Poliestirè

      Poliesters Politereftalat d'etilè

      Plàstics Fenòlics

      Termoestalbes Ureics

      Poliuretans

      Elastòmers Polisiloxà

      Granulat de plàstic

      Cilindres escalfadors

      Làmina

      Objecte

      Emmotllat Rebava

      Expulsors

      Calefactor Làmina de plàstic

      Motlle

      Col·lector Canals d'aire

      d'aire A la bomba de buit

      Escalfador

      Plàstic

      Motlle

      Peça

      De l'extrusora Aire comprimit

      Motlle obert

      Preforma Motlle tancat Motlle obert Expulsió de la peça

      Granulat de plàstica Filera

      Tremuja

      Moviment

      Circular Cilindre calefactor

      Refrigeració