Materiales plásticos

Producción artificial o sintética. Componentes. Tipología (termoplásticos, termoestables). Métodos de obtención (prensado, inyección, termoconformado, extrusión). Procedencia

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TEMA 4:

Los plásticos

1. Definición de plásticos:

Los materiales plásticos son un conjunto de materiales de origen orgánico. Se obtienen artificialmente a partir de productos del petróleo, carbón, gas natural, materiales vegetales (celulosas) o proteínas y en alguna fase de su fabricación han adquirido la suficiente plasticidad para darle forma y obtener productos industriales. Los plásticos son sintéticos denominados polímeros, formados por moléculas cuyo principal componente es el carbono. En general, podemos decir que lo plásticos son más ligeros que los metales, son mucho más fáciles de moldar y mantienen una resistencia a las deformaciones que se puede considerar aceptable. Los tipos de plásticos más utilizados en la actualidad son: poliestireno, resinas fenólicas, polipropileno y resinas úricas. Los plásticos se pueden fabricar a partir de:

-Productos artificiales: que se elaboran a partir de productos naturales.

-Productos sintéticos: que se elaboran a partir de productos creados por el hombre.

2. Origen de los plásticos:

En el año 1864, un norteamericano consiguió el primer plástico al añadir a una solución de nitrocelulosa, alcanfor; lo que intentaba era descubrir un material idóneo para sustituir el marfil de las bolas de billar. El resultado obtenido era un material muy duro que se podía moldear y al mismo tiempo se le podía añadir colorante.

Este material fue patentado con el nombre de celuloide y se empezó a utilizar en la fabricación de juguetes, joyería, películas de fotografía y cine…

El problema principal de este nuevo material era su alta inflamabilidad e investigaciones posteriores dieron como resultado en el año 1809 la aparición del acetato de celulosa con propiedades semejantes a la anterior pero no era tan inflamable. Se utilizó para la fabricación de películas de fotografía. Hoy en día una de las aplicaciones más características es en la fabricación de pelotas de ping-pong.

En el año 1897, los físicos alemanes descubrieron que añadiéndole formol a la caseína esta se endurecía, pudiéndose moldear fácilmente, lo que dio lugar a la aparición de un plástico barato, que se empleo en la fabricación de botones, aislantes térmicos… En la actualidad se emplea para fabricar mangos de cubiertos, reglas de medición, botones, peines…

En el año 1909, se descubrió que se podía controlar una reacción entre el fenol y el formol para producir arsina, en forma de polvo, que después podía moldearse cuando se le aplicaba calor y presión. Este fue el primer plástico sintético, llamado baquelita. Hoy en día se le denomina termoestable o irreversible, y se emplea en la fabricación de plumas y bolígrafos de calidad.

3. Componentes de los plásticos:

Materia básica: se puede usar la celulosa, resina, poliuretano. Cada uno de ellos se obtiene haciendo reaccionar uno o dos elementos determinados.

Cargas: se añade a la materia básica para mejorar sus propiedades físicas, químicas o mecánicas. Para ello se utilizan fibras textiles, papel, sílice…

Colorantes: se añaden para obtener el producto final de un color deseado.

Catalizadores: tiene por finalidad acelerar la reacción química.

4. Formación de los plásticos:

Los plásticos son productos siderúrgicos que se fabrican a partir de otros ya elaborado. En la actualidad se pueden fabricar de dos maneras diferentes: policondensación y poliadición.

5. Tipos de plásticos:

Los plásticos se pueden clasificar atendiendo a dos criterios: a la procedencia de la materia prima y a la posibilidad de que puedan o no reciclarse.

En el primer caso, se pueden clasificar en plásticos naturales y sintéticos. Los últimos son los más utilizados, y los que tienen la mayor de las aplicaciones.

Según sus propiedades, se dividen en dos grandes grupos:

Termoplásticos: son aquellos que al ser calentados a temperaturas determinadas (50-200ºC), vuelven a un estado de plasticidad que les permite ser moldeados, con lo cual; este tipo de plásticos de desecho, se pueden reciclar y formar otros nuevos objetos. Los termoplásticos se pueden comparar con la cera, que a temperatura ambiente tiene una forma sólida, y cuando se calienta, se ablanda y se puede moldear de nuevo con una forma distinta a la anterior. Generalmente, estos plásticos son flexibles y resistentes a los golpes.

Termoestables: son aquellos plásticos que una vez moldeados por medio de calor, no pueden modificar su forma. Son duros, y a su vez son frágiles. Estos plásticos se pueden comparar con la arcilla, que una vez endurecida debido al calor, no es posible que vuelva a adquirir una forma maleable. Como ejemplo tenemos la baquelita, que se utiliza para la fabricación de plumas, enchufes, bolígrafos…

6. Métodos de obtención de productos plásticos:

La fabricación de productos sintéticos se realiza sin arranque de viruta. Normalmente se lleva a cabo a partir de la materia prima que procede del plástico reciclado; o bien, de un proceso químico. Posteriormente, el producto plástico se hace pasar por unos molinos, que los convierte en escamas, polvo o gránulos. A continuación se introducen en moldes con la forma de la pieza a obtener. Las piezas salen de él, prácticamente terminadas, esto quiere decir que no necesitan un proceso posterior. Los principales métodos de obtención son:

Prensado: se emplea para materiales termoestables. Con este sistema, el material pulverizado, se introduce en la parte inferior del molde; a continuación, se prensa y se le aplica calor para que se vuelva plástico y llene los espacios huecos del molde, una vez que la pieza está endurecida, se quita el molde.

Inyección: se emplea normalmente para los materiales termoplásticos. La materia prima se introduce en un recipiente, que por medio de un émbolo, comprime la masa y la hace pasar al interior del molde, y después de haber endurecido, se abre el molde y se quita la pieza.

Termoconformado: este método se emplea para materiales termoplásticos. Las piezas se fabrican a partir de planchas por deformación en caliente, una vez que se cierra el molde a la temperatura deseada, se aplica el vacío o presión; y cuando el material está frío se desmolda.

Extrusión y soplado: se emplea en materiales termoplásticos, para la fabricación de cuerpos hueco. El proceso consiste en lo siguiente:

1º.-El material sale en estado plástico por un conducto tubular.

2º.-El material extraído se recoge entre las mitades de un molde.

3º.-Al cerrar el molde, queda la forma del molde. Las rebabas que quedan, se cortan y se expulsan automáticamente al cubrir el molde.

4º.-En el caso del soplado, por la cabeza del molde se insufla aire caliente, por lo cual, el material adquiere la forma interna del molde.

7. Estudio de cada uno de los diferentes plásticos:

Según la procedencia, los podemos clasificar en plásticos procedentes de materiales naturales y procedentes de materiales sintéticos.

7.1. Procedentes de materiales naturales:

Son los primeros que se emplearon aunque en la actualidad prácticamente no se utilizan. Podemos dividirlos en:

a.)Derivados de la celulosa: todos estos derivados son termoestables y entre ellos podemos citar:

-Celuloide: son muy inflamables, pero se siguen empleando en la obtención de pelotas de ping-pong, papeles plastificados, películas…

-Cellón: se obtienen añadiendo ácido acético a la celulosa. Sus propiedades son semejantes al celuloide, con la diferencia de que no es tan inflamable. Se emplea en la moltura de gafas y en vidrios que utilizan la capa intermedia para que no sean inastillables.

-Celofán: después de disolver la celulosa mediante tratamiento químico, se obtiene el celofán, que se emplea como medio de envasado o empaquetado. La lámina o película que se obtiene puede ser transparente o coloreada.

b.)Derivados de la caseína: se emplean en la fabricación de mangos de cubiertos, peines, botones…

c.)Derivados del caucho: podemos distinguir entre el caucho natural y el sintético.

-Caucho natural: es un jugo natural denominado látex, que procede de un árbol tropical denominado Hevea. La producción anual de un árbol varía entre 1-3Kg. El látex se coagula rápidamente, lo que le quita sus propiedades elásticas. Para evitar este inconveniente, se le añade ácido fórmico, con lo cual se obtiene el caucho crudo o coagulado. Este caucho tiene el problema de que por debajo de -10ºC es quebradizo y por encima de los 25ºC se hace pegajoso. Esto se soluciona mediante un proceso denominado vulcanización. Que consiste en mezclarlo con azufre y calentarlo con una temperatura de 142ºC. Seguidamente se somete toda la masa a una presión de 5 atm. sobre le molde en que se quiere obtener la pieza. Cuanta mayor es la cantidad de azufre, más aumenta la dureza, la resistencia a la tracción, a los agentes químicos y a la oxidación. De esta forma se puede obtener:

C.1.-goma blanda: se obtiene mezclando del 4- 20% de azufre, cuanto menos azufre contenga más dilatable y elástica será. Debido a un proceso natural de envejecimiento, al cabo de un tiempo se vuelve frágil, pierde elasticidad y se hace pegajoso. Para que duren más tiempo y no absorban humedad, se suelen espolvorear con talco.

C.2.-goma dura: se le conoce con el nombre de ebonita y se obtiene mezclando del 20-50% de azufre. Se puede mecanizar mediante arranque de viruta, pero las herramientas se desgastan rápidamente. La ebonita se emplea para la fabricación de manivelas, volantes de automóviles, baterías eléctricas…

C.3.-goma esponjosa: se obtiene haciendo que el caucho sea agitado con azufre en polvo y otros elementos para conseguir espuma. Esta se vierte en moldes y se vulcaniza, elevando la temperatura y la presión. Se emplea en la fabricación de colchones, almohadillas, esponjas de baño…

-Caucho sintético: se obtuvo por primera vez en Alemania, durante la Primera Guerra Mundial. Tiene la ventaja de disponer de unas propiedades parecidas a las del caucho natural, esto es impermeabilidad, plasticidad… y de poderse fabricar por síntesis a partir de derivados del petróleo.

Se pueden fabricar igualmente gomas bandas, duras y esponjosas. El caucho sintético está sustituyendo al natural en un porcentaje muy alto, debido a los elevados precios, excesiva demanda y mejores propiedades. Se emplea igual que el caucho natural para la fabricación de membranas, mangueras de agua, neumáticos…

7.2. Procedentes de materiales sintéticos:

Estos plásticos proceden de productos manufacturados por el hombre y han sustituido en un porcentaje muy alto a los procedentes de materiales naturales. Los más importantes son:

a.)Termoestables: una vez que se han endurecido, ya no se reblandece nuevamente por mucho que se caliente, ano ser que se les aplique un determinado tipo de disolvente. El endurecimiento de estos plásticos puede obtenerse también por reacción química, sin necesidad de calentamiento alguno. Generalmente arden mal y son difícilmente soldados. Se encuentran:

-Resinas fenólicas: se obtienen como combinación química del fenol, que es un derivado del carbono y el formaldehído. Estas resinas no son adecuadas para el envasado de productos alimenticios, debido al olor característico del fenol. Estas resinas se suelen utilizar con cargas para mejorar sus propiedades. Se pueden distinguir:

Prensadas: las cargas de relleno suelen ser polvo mineral, serrín, fibras textiles, recortes de tejidos etc. Las piezas que se obtiene son buenos aislantes de la electricidad. Las aplicaciones más importantes suelen ser en la fabricación de plumas estilográficas, bolígrafos de calidad, aspiradoras, interruptores eléctricos, aparatos de teléfono… En el mercado comercial se conocen con el nombre de baquelita.

Formando capas: si se empapan bandas de tejidos, láminas de papel y chapas de madera sobre una disolución de resina fenólicas, se obtienen chapas que tienen la ventaja de no absorber la humedad, y de resistir muy bien los golpes o choques. Con estas resinas se fabrican martillos y mazas que no dañan las piezas que se golpean.

-Resinas úricas: se obtienen a partir de la urea

sintética que procede del N del aire y del formaldehído. Esta resina es insensible a la luz, por lo tanto se emplea para obtener piezas de colores blancos y claros. Se puede emplear en recipientes que se utilizan en alimentación, debido a que no tiene olor ni sabor. Las aplicaciones más importantes son en aislantes eléctricos, vajillas, material espumoso para aislamientos térmicos y acústicos. El nombre comercial más conocido es formica.

-Resinas melamínicas: se fabrican con melamina, que se obtiene del carbono cálcico y formaldehído. Las características y aplicaciones son similares a las resinas úricas; no desprenden olor ni sabor. Se utilizan mucho en la fabricación de transparencias y diapositivas.

-Resinas de poliéster: se obtienen de derivados del alquitrán de hulla y del estirol. Este tipo de resinas son incoloras y transparentes, se pueden colorear a voluntad. Pueden resistir temperaturas entre 100-200ºC, sin sufrir modificaciones. Se emplean en recubrimientos de fibras de vídeo, para la construcción de barcas, aviones, piscinas…

-Resinas de epóxido: tiene como materia prima el acetileno y el fenol. En estado líquido son venenosas y sus vapores irritan la piel, pero en estado sólido son inodoras e insípidas. Resisten muy bien los ácidos y las lejías, así como temperaturas hasta 150ºC. Tiene unas buenas características mecánicas y resistencia al desgaste. Son buenas aislantes eléctricas, se adhieren fácilmente a los metales. Sus aplicaciones más importantes son la fabricación de barnices, circuitos impresos,…

-Poliuretano: las propiedades de este material dependen de ciertos elementos que entran en la proporción. Se pueden obtener:

Barnices

Pegamentos

Materiales macizos con elasticidad

Materiales esponjosos y elásticos

Materiales esponjosos duros

b.)Termoplásticos: estos plásticos tienen la ventaja de que se pueden reciclar, sin embargo tienen poca resistencia mecánica. Los podemos clasificar en:

-Polivinílicos: se obtienen por polimerización del acetileno y el ácido clorhídrico. El más importante es el PVC. Es un material y resiste muy bien la acción de las lejías, ácidos y gasolinas. Las aplicaciones más importantes son:

En estado duro: tuberías y conducciones residuales, válvulas y llaves de paso.

En estado blando: se emplea en tapizados, en la fabricación de trajes protectores, guantes, impermeables, aislamiento de calles…

-Poliestireno: se obtiene a partir del estirol (derivado del petróleo y benzol). Son transparentes y se pueden colorear a voluntad. Se fabrican de dos formas.

Poliestireno duro: es un material frágil. Se emplea mucho en forma de película delgada y transparente para envoltorios de productos frescos. Es un producto algo rígido y también se fabrican reglas, carcasas de cadenas musicales…

Poliestireno expandido: es conocido como corcho blanco. Es rígido, tiene gran resistencia a los hongos y bacterias. Absorbe muy poca agua y no tiene efectos tóxicos. Tiene una densidad muy baja. Es muy empleado para el envasado y embalaje de productos delicados y como aislante del calor y del sonido.

-Polietileno: se obtiene del petróleo. Está compuesto de C y H y al quemarse se combina con el aire formando agua y CO2, que son unos elementos naturales que existen en el medio ambiente. Resiste bien los ácidos, lejías y disolventes. Son transparentes y ligeros. Al mismo tiempo son buenos aislantes eléctricos. Existen dos grandes grupos:

Polietileno duro: también llamado de alta densidad. Soporta temperaturas de entre -200-100ºC. Se emplea en artículos domésticos (grifos, bidones, botellas…).

Polietileno blando: es de baja densidad. Se emplea especialmente para fines agrícolas, sacos, bolsas…

-Policarbonatos: se obtienen a partir del ácido carbónico. Tienen una gran resistencia a los impactos, lo mismo que al calor. No se deforman hasta los 10ºC. Pueden tener un color transparente, translúcido u opaco. Pueden ser mecanizados igual que los metales. Es ignífugo. Posee una gran resistencia eléctrica, por este motivo se emplea en placa de circuitos impresos y condensadores. Sus usos más conocidos se dan en ventiladores, cristales irrompibles de aviones y trenes de alta velocidad…

-Polimetacrilatos: se conocen también con el nombre de resinas acrílicas o metacrilatos. Se obtiene a partir del gas natural, aire comprimido y acetona. No se decoloran con el paso del tiempo, ni con la luz. Son muy ligeros y resistentes a los golpes. Sustituyen en algunos casos al cristal. Las principales aplicaciones son en cristales de ventanas de aviones, herramientas del campo, mobiliario, accesorios de baño…

-Poliamidas: se fabrican a partir del fenol. La más conocida es el nylon. Son muy resistentes al desgaste, a la fatiga, al impacto y al agua caliente y detergentes. Las aplicaciones más importantes son en correas de transmisión, tejidos, cinturones de seguridad…

-Fluorocarbonatos: se obtiene a partir del acetileno. Poseen una gran resistencia al calor y a los agentes químicos. Tienen unas propiedades mecánicas aceptables. Los dos compuestos más utilizados son:

Politetrafluoretileno: conocido como teflón. Es el de mayor resistencia química que se conoce en la actualidad. La superficie de este material es deslizante y con muy poca capacidad adhesiva, lo que puede hacerlo muy útil para fachadas y superficies antipintadas. Se emplea en medicina en distintos tipos de prótesis. También se utiliza mucho en sartenes y cazuelas que llevan una capa antiadherente.

Policlorofluoretileno: es menos resistente desde el punto de vista químico que el anterior. Es más rígido y tenaz que el teflón. Se emplea en aislamientos de conductores eléctricos y en el recubrimiento de objetos metálicos para evitar la oxidación y corrosión.

Es una proteína de la leche de vaca que se manifiesta en forma de cuajada en la fabricación del queso.

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