Plàstics, fustes, ceràmiques, fibres i materials compostos

ELS PLÀSTICS

- Polímers i plàstics – 1950 l’era dels plàstics. Molts tipus de plàstics diferents, amb propietats diferents (elasticitat, plasticitat, adhesius, resistència al dany...).

- Polietilè (unió de monòmers d’etilè, és un polímer d’etilè)

- La molècula d’etilè està formada per dos àtoms de carboni enllaçats, mitjançant un doble enllaç i quatre àtoms d’hidrogen. L’enllaç doble que uneix els àtoms de carboni es pot trencar (monòmer) si aquests s’uneixen entre si com boles de cadena (polímer).

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

- Utilitat - tèxtils, electricitat, per la construcció, materials quotidians, aliments o matèries primeres de consum.

- Facilitat per elaborar peces acabades a partir de matèries primeres. Podem dir que donar forma als plàstics és més ràpid, senzill i barat que els metalls.

- Lleugeresa. Valors de densitat entre 0,92 i 1,6 g/cm3. El metall més lleuger és l’alumini de 2,7.

- Resistència als agents atmosfèrics. Són força resistents als agents atmosfèrics i no cal protegir-los amb pintures... Però no són biodegradables, no són assimilats per la natura i contaminen durant molts anys.

CLASSIFICACIÓ

- Naturals: són presents en det. vegetals o animals, cel·lulosa, cautxú...

- Artificials: S’obtenen industrialment per modificació de polímers naturals, cel·luloide....

- Sintètics: S’obtenen industrialment a partir dels seus components elementals, PVC, niló...

ELABORACIÓ D’OBJ DE PLÀSTICS

Els processos per a l’obtenció de polímers industrials es coneixen com a polimerització (2 formes diferents) - poliaddició (Els monòmers van reaccionant entre si i es van unint un a un en forma de cadena, fins formar un polímer) i policondensació (es fan reaccionar químicament entre si. Normalment es condensa aigua com a producte de la reacció química. Polimerització a etapes= primer es produeix la reacció química i després la polimerització).

- Grau de polimerització – quantitat de monòmers coneguts en la molècula gegant.

PROCESSOS DE CONFORMACIÓ DELS POLÍMERS

Són tècniques molt variades per donar-los forma.

- Extrusió. Fer circular el granulat de plàstic per l’interior d’un tub escalfador gràcies a un cargol. La massa del plàstic fos surt per un extrem del tub on hi ha una fileta amb la forma que volem i passa per una cambra de refrigeració. (tubs i perfils...)

- Emmotllament per extrusió i bufament. Obtenir un tub o preforma amb una extrusora i abans de que es refredi, tancar-lo a l’interior d’un motlle, i es bufa aire a pressió pel seu interior, i s’adhereix a les parets del motlle. (ampolles, pilotes, joguines...)

- Emmotllament per injecció. Fer circular el granulat de plàstic per l’interior d’un tub escalfador. Quan la massa de plàstic fos arriba al final del tub, el cargol es desplaça i força la seva entrada dins el motlle. (carcasses d’electrodomèstics, peces d’automòbils...)

- Emmotllament per escumeig. Cal que la matèria primera contingui un additiu escumejant. El material es situa dins d’un motlle i s’escalfa a una T adequada. Pel calor, el plàstic s’infla i augmenta el volum ocupant la totalitat del motlle. (embalatges, aïllaments tèrmics i acústics...)

- Calandratge - el granulat passa per uns corrons escalfadors i es fa circular fins adoptar el gruix i textura desitjada.

- Emmotllament per compressió - motlle amb dues parts, fixa i mòbil, es situa la quantitat de polímer necessari i es tanca en el motlle a una gran pressió a la part mòbil. (endolls elèctrics, mànecs d’estris de cuina...)

- Emmotllament per buit. Motlle amb uns petits canals per circular l’aire. D’amunt del motlle es col·loca una làmina de plàstic. Es fica l’aire i s’adapta a la forma. (iogurts...)

ESTRUCTURES MOLECULARS DELS POLÍMERS

- Estructura lineal- dona cadenes llargues i flexibles que es comporten com una massa d’espaguetis. (polietilè, PVC, poliestirè)

- Estructura ramificada - produïda per petites reaccions químiques en el procés de síntesi i dona lloc als polímers menys resistents als esforços mecànics. (TERMOPLÀSTICS)

- Estructura entrecreuada- similar a una xarxa de pesca, malla plana que admet una gran deformació sense trencar els enllaços. (ELASTOMERS)

- Estructura reticulada - xarxa més complexa, tridimensional i no permet cap deformació sense trencar-se = estructura rígida. (TERMOESTABLES)

ADDITIUS

- Càrregues - substàncies minerals (sílice, vidre, argila) o vegetals (serradures de fusta, paper, cotó...) que milloren la resistència mecànica i la tenacitat. Abarateixen el cost del prod. final.

- Plastificants – substàncies orgàniques (parafina, glicerina...) que redueixen la duresa i la fragilitat del polímer, augmenten la ductilitat i la tenacitat.

- Estabilitzants - compostos químics que augmenten la resistència dels polímers al deteriorament per l’acció de la radiació ultraviolada.

- Colorants – compostos que donen colors als polímers (tints, pigments...)

- Ignífugs - retardadors de flama - dificulten la inflamació i la posterior propagació de la flama en els polímers.

- Desemmotllants – substàncies orgàniques que faciliten el desemmotllament de les peces en el procés de fabricació.

- Lubricants – substàncies que milloren els problemes de lliscament sobre les superfícies de màquines, matrius...

PROPIETATS DELS POLÍMERS

Són molt resistents a la tracció i més dúctils que els metalls. La resistència a l’impacte dels polímers a baixa temperatura acostumen a tenir trencament fràgil mentre que a temperatures altes, la resistència a l’impacte és pràcticament nul·la. La resistència a la fatiga té un valor més baix que el del metall i la resistència a la torsió és proporcional a la tracció.

CLASSIFICACIÓ DELS POLÍMERS

Polímers plàstics (tots aquells amb que es fa allò que coneixem com a objectes de plàstic). Polímers elastòmers (tots aquells que com el cautxú natural tenen com a característica la elasticitat). Termoplàstics (poden ser emmotllats reiteradament per l’aplicació de calor). Termostables (la aplicació de calor no els estova.)

PROPIETATS I APLICACIONS

- Polietilè- de baixa densitat LDPE- bosses de compra, revestiment de cables... En forma d’alta densitat HDPE- ampolles flexibles, joguines, tubs...

- Clorur de polivinil- revestiment de cables elèctrics, cortines, estructures de finestres... PVC

- Poliestirè- productes alimentaris, aïllant tèrmic i acústic, embalatges... PS

- Polimetacrilat de metil- Transparent, mecanitzable, tenaç. Substitut del vidre, objectes de decoració, òptics, ulleres òptiques. PMMA

- Politereftalat d’etilè- resistent a la tracció, envasos de begudes, PEP

- Polipropilè- resistent a la fatiga per flexió, (productes alimentaris, taps amb unions flexibles) PP

- Tefló- Incombustible, baix coeficient de fricció, antiadherent. Revestiments en estris alimentaris i químics, antifricció, aïllament en cables a altes temperatures. PTFE

- Niló- resistència mecànica, tenacitat, baix coeficient de fricció, coixinets, fibres per la confecció tèxtil.

- Policarbonat- transparent, resistents productes químics i radiacions ultraviolades. Indicador lluminós i fars d’automòbil, cascos de protecció i seguretat... PC

- Resines epoxi- resistents als esforços mecànics i a la corrosió, adhesius... EP

- Resines fenòliques- plaques de base per a circuits impresos, adhesius per a fusta contraplacada i aglomerada... PF

- Resines d’urea i melamina- làmines decoratives per a taules de fusta aglomerada

- Resines de polièster insaturat- Base de materials compostos amb fibra de vidre per carrosseries lleugeres.

- Cautxú natural i sintètic- NR; SBR; NBR, resistència a l’abrasió, pneumàtics, calçat...

- Poliuretà- aïllant tèrmic, escumable, aïllament frigorífics i habitatges.

- Neoprè- Resistent a l’abrasió, equipament esportiu.

- Silicones- Ampli marge de temperatures, repel·leixen la humitat, antiadherents...

- Copolímer d’acrilonitril- ABS- Revestiments interiors de frigorífics.

FUSTES

És un material natural amb una estructura complexa i no homogènia que bàsicament està formada per molècules de cel·lulosa reforçades per una substància polimèrica (lignina).

LA FUSTA NATURAL

Els arbres es classifiquen en fusta tova (arbres de fulla perenne com el pi o l’avet, coníferes o gimnospermes) i fusta dura (arbres de fulla caduca com el roure o faig, frondoses o angiospermes).

FUSTA ARTIFICIAL

- Contraplacats – taulers de xapes- encolant xapes de fusta natural [], és molt resistent i té un acabat decoratiu.

- Aglomerats- taulers de partícules – partícules amb una grandària controlada encolades amb resines sintètiques i premsades per aconseguir la compactació. Més densos i menys resistents. Sense humitat.

- Tablex- taulers de fibres- format per partícules de fibres que són premsades humides i sense encolar. Un cop seques, tenen molta duresa però poca resistència. (fons d’armaris i calaixos)

- DM- fibres de fusta premsades en sec i encolades amb resina sintètica formant làmines que després es tornen a premsar en calent. Dur, textura fina i homogènia.

- Enllistonats – taulers de llistons- a partir de llistons de fusta tova encolats lateralment amb resines sintètiques i revestits per les cares amb xapes de fusta dura amb la veta entrecreuada. Resistència entre aglomerat i contraplacat.

- Xapes neutrals- talls tangencials del tronc amb fulles d’acer (0,3 i 0,6 mm)

- Xapes sintètiques- resines sintètiques (melamina). Resines termostables poden tenir acabats de fantasia o imitar fusta natural.

CERÀMIQUES

ARGILES

Es troben fàcilment a la natura i amb aigua es transformen en una massa plàstica i es pot donar la forma desitjada. Adquireix les propietats d’una ceràmica després dels canvis químics produïts en assecar-se. 80% sílice, i alúmina, 20% impureses per òxids. I les porcellanes (50% argila, 25% quars i 25% feldspats).

- Argiles estructurals (els maons, totxanes, lloses...) i porcellanes (color blanc un cop cuites, en sanitaris, vaixelles, aïllants...)

CIMENTS

Ciment pòrtland, guix i calç. Al barrejar-se amb aigua = massa plàstica. L’enduriment d’alguns ciments no es produeixen per evaporació i cocció, si no per complexes reaccions químiques. Ciments hidràulics- ciments endurits sota l’aigua. El ciment es produeix per escalfament a 1400 ºC en un forn giratori d’una mescla de argila i pedra calcaria. - Clínquer- es el producte obtingut en aquest forn.  Es tritura i es barreja amb una mica de gruix = ciment pòrtland.

- Ciments= ciment + sorra o ciment+sorra+grava, estructures resistents.

REFRACTARIS

Moltes aplicacions industrials. Suporten altes temperatures sense alterar-se. Estan formats per alúmina, sílice i magnèsia. Si predomina l’alúmina es diu refractaris d’argila, si es el silici (àcid) i si es magnèsia (basics) .

VIDRES

Son materials ceràmics formats per la fusió de sílice amb altres òxids i tenen una estructura de sòlid amorf. A temp. ambient es poden considerar líquids d’una gran viscositat a una gran transparència, fragilitat i duresa.

ABRASIUS

Materials molts durs, resistents al desgast, tenaços que es necessiten a la industria capaços de polir, esmolar i tallar acer.  Les mes utilitzades es formen a partir de carbur de silici, alúmina fosa o corindó. utilitzats en forma de pólvores, soltes, fixes a en làmies o fulls flexibles.

4. FIBRES

- Fibres vegetals- components bàsics la cel·lulosa, el coto i el lli.

- Fibres animals- s’obtenen del pel de diferents animals i estan formades per proteïnes.

- Fibra mineral- la única natural es l’amiant.

- Fibres artificials- transformació de productes naturals a partir de cel·lulosa. S’obtenen en forma de filament continu, però es tallen per ser filades soles o barrejades amb altres fibres.

- Fibres sintètiques- son polímers obtinguts en forma de filament pels processos de polimerització.

PROPIETATS I APLICACIONS

- Resistència a la tracció- per suportar els esforços del tissatge .

- L’elasticitat- roba elàstica, mes còmoda i adaptable.

- Uniformitat – permet obtenir productes més homogenis.

- Higroscopicitat – capacitat d’absorbir la humitat.

- L’aïllament tèrmic – teixit aïllant, proporciona abric.

- Suavitat al tacte – Han d’anar en contacte directe amb la pell

- Resistència als productes químics. Facilitar la tintura, el rentatge ui permetre l’ús prolongat.

5. MATERIALS COMPOSTOS

Estan formats per dos o mes materials de composició, forma i grandària diferents, sense que hi hagi combinació química entre ells.

FORMIGÓ

Material compost format per ciment pòrtland, sorra i grava. Alta resistència a la compressió. Però baixa resistència a la tracció. Formigó armat= se li afegeix barres o malles d’acer per augmentar la resistència a la tracció.

RESINES FORMADES DE FIBRES

Aporten resistència a la tracció i rigidesa situades a l’interior d’una massa de resina polimèrica que aorta tenacitat.

- Kevlar – fibra formada per poliamida amb una estructura molecular molt rígida.

- Fibra de vidre- Barreja de resines de polièster i les de carboni i de Kevlar amb resines epoxi. Característiques... excel·lent aïllant tèrmic, mal·leabilitat i gran resistència a la tracció. (taules de surf, món nàutic, llanxes...).

CONTRAPLACATS I EMPAREDATS

Obtenció de materials lleugers, rígids i resistents.

La industria aeronàutica necessita materials rígids, resistents i lleugers alhora, una manera d’aconseguir aquesta combinació de propietats es la utilització de la tècnica de les estructures de tipus Sandwich, emparedat.

PLÀSTICS

- Groc esponjós (escuma) – Poliuretà (elastòmers, PUR)

- Bossa desfeta – Bioplàstic

- Sembla cinta – Tefló (Politetrafluoroetilè, PTFE)

- Quadrat que sembla vidre – Metacrilat (Polimetacrilat de metil, PMMA)

- Ampolla d’aigua blava – Politereftalat d’etilè  (PET) [emmotllament per extrusió i bufament]

- Ampolla d’aigua blanquinosa – Clorur de polivinil (PVC)

- Tros taronja (intermitent cotxe)- Policarbonat (PC)

- Tub – Preforma

- Bossa quadrada amb un triangle negre – Polietilè de baixa densitat (PELD) [calandratge]

- Quadrat blanc d’escuma- Porexpan (Poliestirè expandir) [escumeig]

- Enchufe – Termostable

- Enchufe cremat – Termoplàstic

- Iogurt – Poliestirè no expandit

- Tap tefló- injecció

- tapa paella- Compressió

- Tubs de la classe- extrusió

FUSTA

- Llistó de fusta – Fusta natural

- Rectangle claret, finet i petit – Contraplacat

- Rectangle fosc – Aglomerat

- Triangle fosc – Tablex

- Quadrat claret - DM