Polímers, plàstics, fustes, ceràmiques i materials compostos: propietats i aplicacions

Polímers i plàstics

La molècula d'etilè està formada per dos àtoms de carboni enllaçats mitjançant un doble enllaç i quatre hidrògens. Cadascuna de les molècules d'etilè amb enllaç trencat s'anomena monòmer. Quan aquests monòmers s'uneixen com si fossin baules, es forma una molècula més gran anomenada polímer. Així doncs, la molècula formada per molts monòmers d'etilè és un polímer d'etilè conegut com a polietilè.

Els plàstics són polímers orgànics, molècules gegants formades per àtoms de carboni juntament amb altres d'hidrogen i oxigen i, en menor quantitat, clor, fluor, nitrogen i silici.

Els polímers poden ser classificats en:

• Naturals: de manera espontània als productes naturals: cel·lulosa, cautxú, caseïna.
• Artificials: industrialment per modificació de polímers naturals: cel·luloide, ebonita.
• Sintètics: s'obtenen industrialment a partir dels seus components elementals: polietilè, polipropilè.

Característiques dels polímers:

• Facilitat per a elaborar peces acabades a partir de matèries primeres; costa 6 cops menys que obtenir el seu material.
• Lleugeresa: valors de densitat baixos.
• Resistència als agents atmosfèrics: Són força resistents a la corrosió i als agents atmosfèrics en general.
• No són biodegradables.

Elaboració d'objectes de plàstic: Petroli/gas natural/carbó -> Síntesi dels polímers (polimerització) -> matèries primeres (polímers) -> conformació (extrusió, calandratge, emmotllament) -> objectes de plàstic.

70 monòmers = plàstic sòlid + grau de polimerització = més rígid i resistent. 700 monòmers = no canvien les característiques.

Processos de conformació de polímers

Extrusió: consisteix a fer circular el granulat de plàstic per l'interior d'un tub escalfador gràcies a l'acció d'un cargol.

Emmotllament per extrusió i bufat: obtenir un tub o preforma amb una extrusora, i abans que es refredi tancar-lo dins d'un motlle mentre es bufa aire a pressió pel seu interior.

Emmotllament per injecció: fer circular el granulat de plàstic per l'interior d'un tub escalfador gràcies a l'acció d'un cargol. Quan la massa fosa arriba al final del tub, tot el cargol es desplaça i força l'entrada dins del motlle.

Emmotllament per escumeig: cal que la matèria contingui un additiu escumejant. El plàstic s'infla i ocupa la totalitat del motlle formant una massa.

Emmotllament per buit: motlle obert que té uns petits canals per on circula l'aire. Es col·loca una làmina i per acció de la pressió, la làmina queda comprimida i n'adopta la forma.

Propietats dels polímers: molt menys resistents a la tracció i més dúctils que els metalls. Resistència a l'impacte: baixes temperatures -> trencament fràgil, temperatures altes -> resistència nul·la. Resistència a la fatiga -> tenen un valor més baix que els metalls.

Classificació dels polímers: Plàstics (es formen objectes de plàstic), elastòmers (cautxú natural, gran elasticitat). Polímers plàstics -> termoplàstics (reciclar), termoestables (no es poden reciclar). Polímers -> adhesius, fibres, pintures.

Les 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 anomenada lignina.

Tipus de fusta: Natural: dura/tova. Artificial: contraplacada/aglomerada (de partícules/de fibres) /enllistonada.

Fusta natural

S'obté a partir d'arbres mitjançant un procés de tala i desbrancatge. Fusta tova -> fulla perenne. Fusta dura -> fulla caduca (roure/faig).

La resistència de la fusta depèn també de la direcció en què s'aplica l'esforç. Per determinar el comportament existeixen tres tipus d'eixos: longitudinal/radial/tangencial.

La fusta acabada de tallar es diu fusta verda i presenta un contingut d'humitat molt elevat que fa que no sigui aprofitable. Quan la fusta es va assecant pateix una contracció que fa augmentar la seva densitat i resistència.

Fusta artificial

Taulers de xapes (contraplacats): encolant xapes de fusta natural de manera que formin angles de 90 graus. Molt resistent i acabat decoratiu, estructures d'edificacions.

Taulers de partícules (aglomerats): formats a partir d'encenalls o partícules amb una grandària controlada. Les propietats depenen de la grandària de les partícules, més densos i menys resistents que la fusta natural.

Taulers de fibres (tablex i DM). Tablex està format a partir de fibres de fusta que són premsades humides i sense encolar. Molt durs i poc resistents, sensibles als canvis d'humitat. El DM està format a partir de fibres de fusta, però premsades en sec i encolades amb resina sintètica. Dur, textura fina i homogènia.

Enllistonats: llistons de fusta tova encorvats lateralment. Resistència mitja entre aglomerat i contraplacat.

Xapes naturals: talls tangencials als troncs. Xapes sintètiques: acabats de fantasia o per imitar la fusta natural.

Ceràmiques

Argiles: es troben fàcilment a la natura i en afegir-hi aigua es transformen fàcilment en una massa plàstica a la qual es pot donar fàcilment la forma desitjada. La massa adquireix les propietats d'una ceràmica després dels canvis químics produïts a les fases d'assecatge i de cocció. Estructurals/porcellanes.

Ciments: pòrtland, guix i calç barrejats amb aigua donen lloc a una massa plàstica fàcil de conformar que després d'un cert temps s'endureix. Amb el ciment es fan estructures submarines.

Refractaris: suporten altes temperatures. No reaccionen químicament amb altres elements. Argila (predomina alúmina), àcids (predomina sílice), bàsics (predomina magnèsia).

Vidres: fragilitat i duresa com a principal característica. Es produeix en un forn amb l'escalfament de matèries.

Abrasius: durs, resistents al desgast, tenaços i refractaris.

Les fibres tèxtils

Filatura i el tissatge per a la confecció de roba.

Fibres vegetals: component bàsic la cel·lulosa i els més importants són el cotó i el lli. Fibra mineral natural: amiant. Les fibres artificials s'obtenen per la transformació de productes naturals a partir de cel·lulosa principalment. Les fibres sintètiques no necessiten cap producte natural per a la seva elaboració, s'obtenen directament dels seus components elementals.

Propietats i aplicacions:

• Resistència a la tracció: suportar esforços de tissatge.
• Elasticitat: més còmode i adaptable.
• Uniformitat: productes més homogenis.
• Higroscopicitat: capacitat d'absorbir humitat.
• Aïllament tèrmic: proporciona abric a l'hivern i frescor a l'estiu.
• Suavitat al tacte: contacte directe amb la pell.
• Resistència als productes químics: per facilitar la tintura, el rentatge.

Els materials compostos

Formats per dos o més materials de composició, forma i grandària diferent sense que hi hagi combinació química entre si.

Formigó: format per ciment pòrtland, sorra i grava. Alta resistència a la compressió. Baixa resistència a la tracció + barres o malles d'acer -> formigó armat. Formigó pretesat -> sotmetre les barres d'acer a un esforç de tensió.

Resines reforçades amb fibres: aporten resistència a la tracció i rigidesa a l'interior d'una massa de resina polimèrica que aporta tenacitat. El kevlar és una fibra formada per poliamida amb una estructura molecular 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.